MENDELOVA UNIVERZITA V BRN AGRONOMICKÁ FAKULTA DISERTAČNÍ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRN AGRONOMICKÁ FAKULTA

DISERTAČNÍ PRÁCE

BRNO 2011

JAROSLAV LEV

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem disertační práci na téma Použití nanotextilií v zem d lství vypracoval samostatn a použil jen pramen , které cituji a uvádím v p iloženém seznamu literatury. Disertační práce je školním dílem a m že být použita ke komerčním účel m jen se souhlasem vedoucího disertační práce a d kana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brn . dne ………………………………………. podpis …………………………………….

ABSTRAKT Lev J.: Pouţití nanotextilií v zem d lství Disertační práce, Mendelova univerzita v Brn . 2011 P edkládaná disertační práce se zabývá moţnostmi vyuţití nanotextilních materiál vyrobených metodou elektrospinningu v oblasti zem d lství. V úvodní části práce je shrnuta problematika nanotechnologií, definice, zobrazovací metody, její moţné p ínosy i potenciální hrozby, oblasti aplikace. Další úvodní část se v nuje p edstavením nanotextilií, jejich vlastnostem a aplikacím. V experimentální části jsou provedeny testy aplikace vybraných nanotextilních materiál v oblasti filtrace mikrobiologicky znečišt né vody, ochranných obal potravin a ošet ení poran ní strom . Výsledky filtrace kapalin predikují potenciál vyuţití nanotextilních materiál pro terciární dočišt ní vod, které po úprav spl ují limity pro pouţití recyklované vody určené pro závlahy, koupání apod. Výsledky filtračních parametr vybraných nanotextilií jsou vyuţitelné i v dalších filtračních aplikacích nejen v oblasti zem d lství. Experimenty zabývající se pouţitím nemodifikované nanotextilie jako fungicidního obalu, nepotvrdily p edpoklady záchytu plísní. Pilotní experiment aplikace nanovláken na poškozená místa strom naznačuje moţné vyuţití nanotextilií jako ochrana poran ní d evin zvláštních forem a druh strom v parcích a zahradách. Na výsledky práce navazuje projekt „Vhodné materiály pro nanotechnologické aplikace p i čišt ní a úprav vody a vzduchu― podpo ený grantem TA ČR TA01010356. Klíčová slova: nanovlákna, elektrospinning, filtrace kapalin, stromy, obaly

5

ABSTRACT Lev J.: Application of nanotextile in agriculture Dissertation, Mendel University in Brno, 2011.

This thesis is dealing with the possibilities of usage of nanotextile materials made through the electrospinning method in agriculture. In the opening section of the thesis, the issues of nanotechnologies and the areas of their usage are summarized comprehensively. The next introductory part presents individual nanotextiles, their characterisctics and usage. In the experimental part, analyses are carried out of the chosen nanotextile materials usage for the filtration of microbiologically poluted water, food packaging and tree wounds dressing. The results of liquid filtration predicate the potential usage of nanotextile materials for secondary treatment of water which meets the limits of pollution for its next usage after the filtration. The results of filtration parameters of chosen nanotextiles can be used not only in the agriculture. Experiments dealing with the usage of non-modified nanotextile as a fungicidal packing did not verify the assumption of fungus capture. The pilot experiment with nanofibres aplication for tree wound dressing indicates the possible usage of nanotextiles for wound treatment of special forms and kinds of tree species in parks and gardens. The results of the thesis are followed by NANAPL project „Proper materials for nanotechnological applications of air and water treatment―, supported by TA ČR TA01010356.

Key words: nanofibers, electrospinnig, fluids filtration, trees, wrapping

6

OBSAH ÚVOD ............................................................................................................................. 10 1

PROBLEMATIKA NANOTECHNOLOGIÍ ..................................................................... 11 1.1 NANOTECHNOLOGIE, NANOVĚDA, NANOMATERIÁLY ............................................................ 12 1.2 RO)MĚRY NANOSVĚTA .................................................................................................. 16 1.3 POSTUPY VYTVÁŘENÍ NANOSTRUKTUR .............................................................................. 16 1.4 DIMEN)IONÁLNÍ RO)DĚLENÍ NANOÚTVARŮ ....................................................................... 18 1.5 CHARAKTERI)AČNÍ TECHNIKY .......................................................................................... 19 1.5.1 N

...................... 19

1.5.2 E

................................................................................ 20

1.5.3 M 2

......................................................................... 22

ROZVOJ NANOTECHNOLOGIÍ .................................................................................. 24 2.1 RO)ŠÍŘENÍ NANOTECHNOLOGIÍ ....................................................................................... 24 2.2 PŘÍNOSY NANOTECHNOLOGIÍ PRO VĚDNÍ OBORY ................................................................. 25 2.3 EKONOMICKÉ PŘÍNOSY NANOTECHNOLOGIÍ ....................................................................... 26 2.4 RIZIKA NANOPRODUKTU A NANOTECHNOLOGIÍ ................................................................... 27 2.4.1 E

.................................................................. 28

2.4.2 Z

............................................................................. 30

2.5 NANOTECHNOLOGIE 3

NADĚJE NEBO HRO)BA? .................................................................. 35

NANOTEXTILIE ........................................................................................................ 36 3.1 VÝVOJ NANOVLÁKEN .................................................................................................... 36 3.2 TECHNOLOGIE VÝROBY NANOVLÁKEN ............................................................................... 37 3.2.1 Technologie v

......................................... 37

3.2.2 Technologie nanospider .................................................................................. 38 3.3 MATERIÁLY )VLÁKNĚNÉ METODOU ELEKTROSPINNINGU ....................................................... 40 3.4 CHARAKTERISTIKA NANOVLÁKEN A NANOTEXTILIÍ ................................................................ 41 3.5 OBLASTI POU+ITÍ NETKANÝCH NANOTEXTILIÍ....................................................................... 42 3.6 VYBRANÉ OBLASTI VYU+ITÍ NANOTEXTILIÍ........................................................................... 43 3.6.1 N

........................................... 43 7

3.6.2 N

................................................................................... 44

3.6.3 N

............................................................................ 45

3.6.4 N

........................................................ 46

3.6.5 N

............................................................................ 46

3.6.6 N

............................................... 47

3.6.6.1

)

........................................................................................ 47

3.6.6.2

P

.................................................................................................... 48

3.6.6.3

V

...................................................................... 53

4

CÍL DISERTAČNÍ PRÁCE ............................................................................................ 55

5

EXPERIMENTÁLNÍ VERIFIKACE MO+NOSTÍ VY+ITÍ NANOTEXTILIÍ ............................ 57 5.1 FILTRACE KAPALIN ........................................................................................................ 57 5.1.1 E 5.1.2 Ú

........................................ 57 -

5.1.3 E

vody ................................. 61 E

.................................................................................................................... 62 5.1.3.1

M

.......................................................................................... 62

5.1.3.2

V

..................................................... 65

5.1.3.3

V

...................................................................................................... 69

5.1.4 E z ČOV

............................................................................................ 70

5.1.4.1

M

.......................................................................................... 70

5.1.4.2

V

..................................................... 72

5.1.4.3

Vyhodnoceni ...................................................................................................... 78

5.2 DALŠÍ EXPERIMENTÁLNÍ FILTRACE .................................................................................... 78 5.3 OBALOVÉ MATERIÁLY ................................................................................................... 79 5.3.1 P

................................................................................................ 79

5.3.2 M

....................................................................................... 79

5.3.3 V

.......................................................................................................... 82

5.3.4 V

................................................................................................... 83

5.4 OŠETŘENÍ PORANĚNÍ STROMŮ ........................................................................................ 85 5.4.1 P

........................................................................ 85 8

5.4.2 M

....................................................................................... 87

5.4.2.1

P

............................................................................................... 87

5.4.2.2

O

.............................................................................................. 88

5.4.2.3

O

.................................................................................... 92

5.4.2.4

M

......................... 96

5.4.2.5

P

5.4.2.6

M

5.4.2.7

S

........................................................................ 97 .......................................................................................... 99 ....................................................................... 99

5.4.3 V ledky experimentu ..................................................................................... 99 5.4.4 V

................................................................................................. 106

6

DISKU)E A SHRNUTÍ DOSA+ENÝCH VÝSLEDKŮ ...................................................... 108

7

)ÁVĚR ................................................................................................................... 117

SE)NAM POU+ITÉ LITERATURY..................................................................................... 119 SE)NAM OBRÁ)KŮ ....................................................................................................... 129 SEZNAM TABULEK ........................................................................................................ 132 SEZNAM ZKRATEK ........................................................................................................ 133

9

ÚVOD Současný rychlý rozvoj výrobních i spot ebitelských technologií v lidské společnosti klade na základní a z procesního pohledu i „stavební― produkty a jejich provenienci ustavičn vysoké nároky. Society v rámci lidské vysp lé populace poţadují pokrokové materiály a technologie, které umoţní zkvalitn ní podmínek ţivota a současn i lepší vyuţití zdroj naší planety, které z pohledu starých technologií, nejsou nevyčerpatelné. Jednou z nejaktuáln jších a zárove i nejperspektivn jších oblastí výzkumu a v dy současnosti je miniaturizace. Progresivní zmenšování jednotlivých technických prvk , struktur a technologií otevírá následn moderní výhledy vývoje a vyuţití tohoto procesu v mnoha oborech a oblastech lidské činnosti. Vytvá ení struktur materiál na úrovni blíţící se nanorozm r m (10-9m) se projevují moţnosti, jak dosp t aţ k doposud nedosaţitelným vlastnostem konstrukčních materiál

a k donedávna nep edstavitelným výrobním

technologiím. Společnost očekává od nanotechnologií velký jak společenský, tak i ekonomický zisk a výzkum v této oblasti se stává prioritou nejvysp lejších zemí sv ta. Česká republika se nejen v rámci Evropské unie, ale sv tového pokroku v bec, úsp šn zam uje na podporu výzkumu, vývoje a aplikací v zón nanotechnologií a to jak v technické praxi, tak i v oblasti jejího p echodu ke kaţdodenním pot ebám člov ka. Jedním z t chto nových materiál jsou nanotextilie, které stále více nalézají uplatn ní v mnoha oblastech výrobních i aplikačních. Nová technologie výroby nanovláken Nanospider, umoţnila kontinuální pr myslovou výrobu nanotextilií a otev ela tak nové moţnosti aplikace t chto velmi jemných textilií s mimo ádnými vlastnostmi v b ţném ţivot . V souvislosti s rychlým rozvojem nanotechnologií je t eba poukázat také na moţná zdravotní a envirometnální rizika pouţívání struktur a částic velmi malých rozm r . Rozvoj nanotechnologií by tedy m l jít ruku v ruce také s uváţlivým výzkumem potenciálních rizik vznikajících p i výrob a aplikaci nanotechnologií.

10

1 PROBLEMATIKA NANOTECHNOLOGIÍ Dnešní technicky zaloţená společnost nabízí velké moţnosti rozvoje aplikovaného vývoje, rozši ujícího hranice poznání člov ka. Nové zobrazovací technologie a metody umoţnily lépe prozkoumat a napodobovat fyzikální a chemické vlastnosti materiál a d je, které vytvá í p íroda po miliardy let. P edevším od druhé poloviny dvacátého století se stává stále více aktuální oblast nanotechnologií, která pracuje s velmi malými částicemi, ze kterých skládá sloţit jší systémy, stejn tak, jak je tomu v p írod . Pravd podobn

prvním vizioná em rozvoje nanov dy byl

elektroinţenýr

z

Massachusetts Institute of Technology (MIT) Von Hippel [1], který zavedl pojem „molekulární inţenýrství―. Nejznám jší je ale v ta „There`s Plenty Room at the Bottom― (tam dole je spousta místa) od nositele Nobelovy ceny za fyziku R. Feynmana [2], kterou pronesl na výročním zasedání American Physical Society v Pasaden , Kalifornia, v roce 1ř5ř, kde upozornil na moţnost manipulace s objekty o nepatrných rozm rech. Na jeho počest je kaţdoročn ud lovaná Feynmanova cena za p ínos v oboru nanotechnologie. Na tyto pr kopníky navázal K. E. Drexler [3], který upozornil na moţnost pouţít v molekulárním inţenýrství proteiny, jako základní stavební kameny. Svoje p edstavy rozvinul i v dalších pracích [4], [5], kde upozornil na pozitivní i negativní stránky molekulární nanotechnologie, čímţ označil technologie vytvá ení komplexních struktur na molekulární úrovni. Jelikoţ molekuly mají rozm ry

ádov

v nanometrech, vţil se postupn

pro

molekulární inţenýrství či molekulární technologie termín nanotechnologie, který jako první pouţil v roce 1ř74 Taniguchi [6] ve zcela jiné technické oblasti, kdyţ popisoval výrobní zp soby a m icí techniku, p i kterých je moţné dosáhnout p esnost výroby součástí v nanometrech. Soub ţn

s teoretickými úvahami probíhaly v druhé polovin

20. století také

výzkumné práce zabývající se poznáním vlastností základních stavebních prvk hmoty a jev , které se na atomové a molekulární úrovni projevují, a které mj. prokázaly, ţe atomy jsou dostatečn robustní, takţe je m ţeme izolovat, počítat, pozorovat a manipulovat s nimi. Výzkumné práce se orientovaly na poznání zp sob , kterými konstruuje struktury p íroda a jak se chovají biologické entity o rozm rech na úrovni molekul. V osmdesátých letech bylo postupn rozvinuto zkoumání moţnosti syntézy a vlastností částic, krystal , povrch atd. o rozm rech ádov v nanometrech. Pr lomovou událostí 11

bylo vynalezení nových p ístroj

umoţ ujících nejen pozorování, ale i manipulaci

s jednotlivými atomy a molekulami (rastrovací tunelový mikroskop, mikroskop atomových sil). Strojní inţený i započali obráb t povrchy s nanometrickou p esností a výroba čip velké integrace se začala blíţit rozm ru 100 nm. Moţnosti vyuţití vlastností stavebních prvk a za ízení o rozm rech nanometr byly rozpoznány i biology. Tím začal výzkum a jeho aplikace v medicín , farmacii a biotechnologiích. Zrodil se nový interdisciplinární obor – nanotechnologie, který má zp sobit novou pr myslovou i sociální revoluci [7].

1.1 NANOTECHNOLOGIE, NůNOV Dů, NůNOMůTERIÁLY Definice pojmu ―nanotechnologie‖ není jednoznačn ustálena [Ř]. Nap . dle definice OECD (200ř): Nanotechnologie je kolektivní termín pro skupinu vzájemn propojených v d a technologií, které společn p ispívají k pochopení vlastností hmoty a proces ve velmi malých rozm rech (typicky v rozsahu 1 – 100 nm), nebo dle ISO TC 229, 2008: Nanotechnologie je pochopení a ízení vlastností hmoty a proces

v nanorozm rech,

typicky, ale ne výlučn , pod 100 nm, v jednom nebo více rozm rech, kde rozm rov závislé jevy umoţ ují nové aplikace, kde jeden nanometr je jedna tisícina miliontiny metru. Z t chto a dalších, v tšinou velmi podobných, definic je tedy moţno označit oblast částic a struktur, o rozm rech v intervalu mezi 1 nm aţ 100 nm, jako pomyslný nanosv t. Částice a struktury v tomto nanosv t m ţeme označit pojmem nanostruktury, které dále tvo í základ nanomateriál . Zkoumáním jejich vlastností se zabývá nanov da. Její hranice se však nedá zcela p esn vymezit. Zahrnuje oblasti fyziky pevných látek, chemie, inţenýrství i molekulární biologie. Nanotechnologií tak lze definovat jako interdisciplinární a pr ezovou technologii zabývající se praktickým vyuţitím nových a neobvyklých vlastností nanomateriál pro konstrukci nových struktur, za ízení a materiál . S tím souvisí jejich praktické vyuţití k tvorb látek specifických vlastností. Nejedná se o zcela nový v dní obor, nýbrţ o novou oblast soust e ující klasické v dní obory (Obr. 1). Lidé objevili sv t nanotechnologií teprve v polovin 20. století, ale p íroda toto tajemství zná a pouţívá uţ od vzniku ţivota na zemi p i tvorb ţivé a neţivé p írody. V tšina ţivotních proces probíhá v nanorozm rech. V tomto smyslu se pro v du stává p íroda bohatým zdrojem inspirací, a z tohoto d vodu soust e uje sv j zájem na vytvá ení struktur podobných 12

vlastností, které pak uplatní ve všedním ţivot . P íkladem takových p írodních nanotechnologií m ţe být biomineralizace či stavba chromozomu s molekulami DNA, slouţící jako velkokapacitní pam

nanometrických rozm r . V dní disciplína zabývající

se vyuţitím biomateriál , či vytvá ení za ízení na biologických principech, nazýváme biomimetika, resp. Bionanotechnologie [9].

Obr. 1: Vývoj technologií k nanotechnologiím [10]

V současné dob lze rozd lit nanotechnologie do osmi hlavních oblastí [ř]: I. Nanomateriály: 

nanoprášky, nanočástice, nanovlákna



kompozitní materiály obsahující nanočástice



materiály s uhlíkovými trubicemi nebo fullereny



tenké vrstvy



nanostrukturní kovy a slitiny, nanokeramika



polymerní nanokompozity, polymerní nanomateriály

13

II. Nanotechnologie pro ukládání a p enos informací, mikro a nanoelektronika: 

nanoelektronika, materiály a za ízení



optoelektronika (fotonika)



optické materiály a za ízení



magnetické materiály a za ízení, spintronika



organická fotonika

III. Nanobiotechnologie, nanomedicína: 

zapouzd ování lék



cílená doprava lék



tká ové inţenýrství



biokompatibilní materiály a vrstvy



molekulární analýza, analýza DNA



biologicko-anorganické rozhraní a hybridy



diagnostika, molekulární rozpoznávání

IV. Nanotechnologie pro aplikaci v senzorech: 

senzory vyuţívající nanomateriály



biomolekulární senzory

V. Nanotechnologie pro (elektro) chemické technologie zpracování: 

filtrace



katalýza nebo elektrody s nanostrukturními povrchy



chemická syntéza, supramolekulární chemie

VI. Dlouhodobý výzkum s širokou aplikací: 

samosestavování (self-assembly)



kvantová fyzika, kvantové jevy v nanorozm rech



nano a mezoskopické systémy



chemické materiály, nanochemie



ultra-p esné inţenýrství

14

VII. P ístroje a za ízení, výzkum a aplikace technologií: 

analytické p ístroje, metody techniky a zkoumání



výroba prášk (nanočástic) a jejich zpracování



za ízení a metody pro vytvá ení objekt (patterning, vytvá ení vláken apod.)



ultra-p esné obráb ní, nanometrologie

VIII. Zdravotní, ekologické a sociální aspekty nanotechnologie: 

toxicita nanočástic



ekologické aspekty



sociální a etické aspekty



standardizace



patentování



prognózy



popularizace nanotechnologie



obchod s nanovýrobky

Pozn.: V roce 2011 byla vydána p edb ţná česká technická norma ČSN P CEN ISO/TS 276Ř7, která je českou verzí technické specifikace CEN ISO/TS 276Ř7:200ř. Tato p edb ţná norma byla schválena pro dočasné pouţívání, obsahuje jednotnou terminologii pro problematiku uţívanou v oblasti, jak nanov d, tak i nanotechnologií, týkající se částic v nanorozm rech. [77]

15

1.2 ROZM RY NůNOSV Tů P edstavit si rozm ry v ádech nanometr je obtíţné, nebo spíše bylo obtíţné, neţ byly vyvinuty zobrazovací technologie a metody umoţ ující nahlédnout do tohoto sv ta. Pro lepší p edstavu a srovnání: pom r velikosti pr m ru nanovlákna a fotbalového míče je srovnatelný s pom rem velikosti fotbalového míče a zem koule. Nanovlákno je tak malé a lehké, ţe jen o trochu v tší mnoţství neţ jeden gram by opásalo Zemi v rovníku. Do jednoho nanometru se „vejde― asi šest atom uhlíku, či deset atom vodíku (Obr. 2). Mravenec 5 000 000 nm Lidský vlas (pr m r) Ř0 000 nm Pr m r bakterie 1 000 – 10 000 nm Ch ipkové viry 100 nm Virus HIV 90 nm Vlnová délka ultrafialového zá ení 10 – 400 nm Pr m r šroubovice DNA 2,5 nm Molekula vody má pr m r cca 1 nm Ší ka molekuly vody 0,3 nm Atom vodíku 0,1 nm

Obr. 2: Srovnání velikosti struktur [11]

1.3 POSTUPY VYTVÁ ENÍ NůNOSTRUKTUR P íprava „um lých― nanočástic je velmi podobná proces m, kterými jsou vytvá eny nanočástice, či nanostruktury v p írod .

Postupy vytvá ení struktur v rozm rech

nanometr lze rozd lit na dva základní zp soby – top-down a bottom-up (Obr. 3). Postupy zmenšování, d lení struktur v tších na struktury v m ítku nanometr , se nazývájí top-down (shora dol ). Jsou to technologie vedoucí k vytvá ení uţitečných, funkčních materiál , za ízení a systém v oblasti nanometrických rozm r . Tyto produkty 16

mají nové fyzikální, chemické a biologické vlastnosti. Postupy top down se v tšinou pouţívají p i zmenšování elektronických prvk , vytvá ení nanoprášk , koloidních systém apod. (litografie, leptání, mletí, tepelné rozklady). K vytvá ení t chto struktur slouţí technologie jako nap . chemická depozice par – CVD, laserové odpa ování, úprava plasmou, termolýza apod. V p írod je moţno tyto postupy pozorovat jako rozpad částic p sobením fyzikálních proces . Pro postupy vytvá ení nanostruktur z malých, elementárních částic se pouţívá označení bottom-up (zdola - nahoru). Nanostruktury, nanočástice jsou sestavovány z jednotlivých atom a molekul (chemický postup, samosestavování a samoorganizace z atom a molekul – v p írod tvorba biologických struktur, nanomanipulace, chem. syntézy). Tento zp sob se velmi p ibliţuje p írodním proces m. Technologické zvládnutí t chto proces

má

potenciál zcela zm nit podstatu dosavadních výrobních postup .

Obr. 3: Srovnání postup vytvá ení nanostruktur [12]

17

1.4 DIMENZIONÁLNÍ ROZD LENÍ NůNOÚTVůR Z pohledu prostorové dimenze materiálu lze nanomateriály rozd lit do 4 základních skupin: 0-dimenzionální (nanočástice), 1-dimenzionální (drátky, vlákna, trubičky), 2dimenzionální (filmy) a 3-dimenzionální (porézní objemové materiály). Dimenze nanostruktur má „nevybíravý― dopad na vlastnosti, protoţe omezuje jak koncentraci nosič náboje, tak i jejich pohyblivost. Nap . schopnost látky vést elektrický proud závisí na tom kolik kvantových stav ve vodivostním pásu a jakými energiemi mohou elektrony obsadit. Tyto energetické kvantové stavy jsou r zné v izolantech, vodičích či polovodičích a závisí na rozm rech struktury. Volný

atom

má

charakteristicky

diskrétn

rozloţené

energetické

hladiny.

P ibliţujeme-li atomy navzájem (vznik molekuly), dochází k rozšt pení energetických hladin. Krom elektronových p echod

existují v molekulách také rotační a vibrační

p echody (hladiny), které souvisejí s rotačním a vibračním pohybem atom vázaných molekulovými silami. Všem t mto pohyb m p ísluší energie a energetické spektrum musí tedy obsahovat další hladiny, jejichţ energetické rozdíly jsou menší neţ u elektronových p echod . Hlavní energetické hladiny jsou rozmazány vibračn rotační soustavou čar, výsledné energetické spektrum potom 2 nm, 6 nm obsahuje oblasti s vysokou a nízkou hustotou moţných energetických stav . Jestliţe k danému atomu p idáváme další atomy a to v n jaké pravidelné architektu e, vznikne krystal. V d sledku velkého počtu r zných vazeb a pravidelného uspo ádání atom dojde k dalšímu jemnému rozšt pení energií tak, ţe výsledný tvar energetického spektra je tvo en pásy dovolených energií (z hlediska vodivosti elektron jsou d leţité dva od jádra nejvzdálen jší energetické pásy – valenční a vodivostní), v jejichţ rámci se energie m ní spojit a v pásy energií zakázaných. Pásová struktura tedy určuje vlastnosti látky. Zm na v pásové struktu e nastává, pokud je elektron omezován v n kterém sm ru rozm rem menším nebo rovným vlnové délce volného elektronu, začne se m nit charakter látky a to tak, ţe se nejd íve rozší í zakázaný pás, p i dalším omezování se začnou objevovat nové hladiny, na kterých m ţe elektron existovat. V kolika energetických stavech na určitém intervalu energií ve vodivostním pásu se m ţe elektron nacházet, udává tzv. hustota energetických stav , a tato závisí na dimenzi struktury. Tato hustota stav klesá s rostoucí energií u 2D nanostruktur, je konstantní u 1D nanostruktur a roste s rostoucí energií u 0D nanostruktur. Toto je p íčinou „hrubého― rozdílu ve vlastnostech 0D, 18

1D a 2D nanostruktur, hustota stav určuje elektrické, tepelné aj. vlastnosti. Existuje tedy jednoznačná vazba mezi vlastnostmi a typem nanostruktury [13].

1.5 CHůRůKTERIZůČNÍ TECHNIKY Jak bylo zmín no v úvodu této práce, rozvoj nanotechnologií šel ruku v ruce s moţnostmi zobrazení částic velmi malých rozm r . Dnes je jiţ k dispozici celá ada p ístroj , které slouţí k detailnímu popisu, zpravidla unikátních vlastností, nanostruktur. V „nanosv t ―, kde se rozm ry pohybují v oblasti do 100 nm alespo v jednom rozm ru, však standardní sv telná mikroskopie nemá šanci. Minimální rozlišovací mez této metody je ovlivn na difrakčním limitem sv tla, který ji omezuje p ibliţn na polovinu vlnové délky. Proto se pro studium velikosti a morfologie nanočástic pouţívají elektronové mikroskopy a mikroskopické techniky se skenující sondou. Jelikoţ zobrazování a detekce nanočástic a nanoútvar

je jedním z hlavních prost edk k pochopení d j v nanosv t , p edstavme

krátce technologie detekující a zobrazující částice v ádech nanometru [14].

1.5.1 NEMIKROSKOPICKÉ

METODY

KE

STůNOVENÍ

VELIKOSTI

NANOSTRUKTUR

Dynamický rozptyl sv tla (DLS) Za ízení pro stanovení distribuce nanočástic metodou dynamického rozptylu sv tla m í spojit intenzitu rozptýleného laserového zá ení. Rozptyl je d sledkem interakce laserového zá ení s nanočásticí a zm ny intenzity závisí na pohyblivosti částic a tedy jejich velikosti. M icí rozsah metody je od 1 nm do 6 m, m í se v kapalném prost edí o známém komplexním indexu lomu a viskozit [14]. M ení aktivního povrchu částic ĚBETě Vyuţívá vlastností povrch pevných látek, které mají tendence p itahovat molekuly okolních plyn , se kterými p ichází do kontaktu. Sledováním a ízením tohoto procesu, zvaného adsorpce plynu, lze získat informace jako nap íklad specifickou plochu povrchu (plocha vzorku vztaţená na jeho hmotnost) v jednotkách m²g-1 a porositu (vn jší póry v povrchu vzorku), respektive distribuci ší ek pór a jejich objem. 19

Za ízení vyuţívá jako adsorbující plyn dusík nebo krypton. M í specifickou plochu v rozsahu od 0,2 m2/g do 0.005 m2/g (krypton) a objem pór od 0.0001 cm3/g. Minimální polom r pór je dán velikostí molekul pouţitého plynu – u N2 je to 0,35 nm. Rentgenová prášková difrakce ĚXRDě Analýzou difraktovaného rentgenového zá ení m ţeme stanovit n které strukturní charakteristiky. Vzniklý difraktogram svým geometrickým rozloţením difrakčních maxim a minim p ímo souvisí s prostorovým uspo ádáním hmotných částic. Jelikoţ kaţdá chemická látka má své specifické uspo ádání částic, má i sv j specifický difrakční záznam a lze ji dle n j identifikovat. XRD je nenahraditelná p i identifikaci polymorfních modifikací oxid ţeleza. Vyuţívá se ke kvalitativní a kvantitativní analýze a jejím uţitím lze navíc získat informaci o velikosti zkoumaných částic [14].

1.5.2 ELEKTRONOVÁ MIKROSKOPIE Elektronový mikroskop (EM) slouţí k pozorování a zv tšování velmi malých a blízkých p edm t . EM ovšem, narozdíl od SM (sv telný mikroskop), vyuţívá k zobrazování p edm t proud elektron . Vlnová délka elektron je mnohem menší neţ vlnová délka sv tla. Proto je i rozlišovací mez EM aţ 1000x menší neţ rozlišovací mez SM. Základními typy EM jsou: - Transmisní (proza ovací) elektronový mikroskop (TEM), v n mţ je p edm t zobrazován prost ednictvím svazku elektron , které jím procházejí. - Skenovací (rastrovací) elektronový mikroskop (SEM, v n které literatu e i REM). SEM se pouţívá p edevším k zobrazení povrchu p edm tu. Povrch p edm tu je v n m zobrazován postupn , bod po bodu, prost ednictvím úzkého svazku elektron , které interagují se vzorkem a uvol ují další signály podílející se na tvorb obrazu nebo nesou informaci o sloţení vzorku. Výsledný obraz vzniká sloţením obraz jednotlivých bod p edm tu [14]. Transmisní elektronový mikroskop ĚTEM) Stavba transmisního elektronového mikroskopu je principieln

stejná jako stavba

sv telného mikroskopu. I jednotlivé prvky TEM pracují analogicky jako prvky SM. Základním rozdílem ovšem je, ţe zobrazovacím vln ním není sv tlo, ale proud 20

urychlených elektron . Zdrojem zobrazujícího vln ní je tzv. elektronová tryska. Zobrazovacím prost edím je vakuum, protoţe ve vzduchu by docházelo k pohlcování elektron . K úprav chodu elektronového svazku se pouţívají tzv. elektromagnetické čočky, coţ jsou prakticky r zné typy cívek. Výsledný obraz lze pozorovat nap . prost ednictvím fluorescenčního stínítka či obrazovky, díky nimţ lze proud dopadajících elektron zviditelnit (Obr. 4). Skenovací elektronová mikroskopie ĚSEMě Povrch p edm tu je skenován (tzn. zobrazován postupn - bod po bodu, ádek za ádkem) primárním elektronovým paprskem. Výsledný obraz vzniká sloţením obraz jednotlivých bod

p edm tu prost ednictvím sekundárních nebo odraţených elektron ,

které vznikají interakcí primárního elektronového svazku se vzorkem (Obr. 4). Velkou p edností tohoto reţimu je velká hloubka ostrosti obrazu. Další p edností t chto mikroskop je, ţe v komo e preparátu bývají umíst ny detektory mnoha dalších signál (nap . rentgenového zá ení, Augerových elektron , katodoluminiscence), které p ináší další informace o vzorku [14].

Obr. 4: Schéma SEM a TEM [11]

21

Elektronová mikroanalýza (Electronprobe microanalysis EPMA, X – ray microanalysis) Analytické moţnosti elektronových mikroskop

se výrazn

zvýší, pokud je

k elektronovému mikroskopu p ipojen systém pro analýzu rentgenového zá ení, které vystupuje ze vzorku po interakci elektron s látkou. Proto se tato metoda označuje n kdy jako rentgenová mikroanalýza nebo jako elektronová mikroanalýza (rentgenové zá ení je vybuzeno dopadajícími elektrony). Informaci o chemickém sloţení, p ípadn struktu e vzorku, poskytují p i interakci s elektrony charakteristické rentgenové zá ení, zp tn

rozptýlené elektrony, p ípadn

katodoluminiscence, p ičemţ chemická analýza je provád na v objemu n kolik m3 (proto mikroanalýza). Objem interakce souvisí se sloţením vzorku a urychlovacím nap tím. Existují dva zp soby analýzy: 1. kvalitativní analýza s určením zastoupení chemických prvk ve vzorku a s moţností rentgenového mapování 2. kvantitativní analýza zaloţená na porovnání spekter vzorku se spektry standardních vzork o známém sloţení [14].

1.5.3 MIKROSKOPIE SKENUJÍCÍ SONDOU Mikroskopie vyuţívající skenující sondu (SPM – Scanning Probe Microscopy) je soubor experimentálních metod určených ke studiu struktury povrchu s atomárním rozlišením s moţností stanovení trojrozm rných (3D) obraz povrchu a jejich parametr v sou adnicích x, y, z. Nevýhodou je, ţe neposkytuje okamţitý a vizuální obraz, ale snímání je postupné a je nutno pro zobrazení vyuţít počítače [14]. Skenovací tunelovací mikroskopie STM uţívá ostrý vodivý hrot se spádem nap tí mezi hrotem a povrchem vzorku. Pokud je hrot umíst n do vzdálenosti > 1 nm od povrchu vzorku, jsou elektrony „tunelovány― p es tuto mezeru z hrotu k povrchu a obrácen , a to v závislosti na polarit a velikosti nap tí. Výsledný tunelový proud závisí na vzdálenosti mezi hrotem a povrchem a je nositelem signálu, který se podílí na vzniku STM obrazu. Tunelování se uskuteční jen v p ípad , kdy hrot i vzorek jsou z vodivého materiálu, p ípadn polovodiče [14].

22

Mikroskopie atomárních sil Mikroskopie AFM je zaloţena na mapování atomárních sil na povrchu vzorku. Metoda AFM vyuţívá sondu, která rastruje povrch vzorku ostrým hrotem. Parametry hrotu p edstavují n kolik mikrometr v jeho délce, s pr m rem špičky hrotu okolo 10 nm. Hrot je umíst n na volném konci raménka (cantileveru), které je dlouhé 100 aţ 200

m.

Vzájemné silové p sobení mezi hrotem a povrchem vzorku zp sobuje ohyb a odklon raménka [14].

23

2 ROZVOJ NANOTECHNOLOGIÍ 2.1 ROZŠÍ ENÍ NůNOTECHNOLOGIÍ Nanotechnologie se jiţ objevují v mnoha oborech lidské činnosti, je moţné je najít všude okolo nás. V pracovn

stojí počítač, ve kterém je rychlý procesor s nanotranzistory,

v kuchyni čistící p ípravky s obsahem nanočástic zabra ující usazování nečistot a rozvoj bakterií, v šatníku oblečení s nanočásticemi st íbra zabra ující vzniku zápachu, v lednici potraviny s p ídavky nanočástic pro zlepšení chuti a prodlouţení trvanlivosti, v koupeln kosmetika s obsahem nanočástic pro lepší vst ebávání a samočisticí kachličky, fasáda domu je ošet ena nanonát rem zvyšujícím tepelnou izolaci, v garáţi stojí auto opat ené nanolakem apod. Na Obr. 5 jsou znázorn ny k ivky očekávaného vývoje rozší ení nanotechnologií v p ípad radikálního a postupného rozvoje [7]. Skutečná k ivka pr b hu vývoje se bude nacházet z ejm n kde mezi znázorn nými grafy.

Obr. 5: P edpokládaný r st nanotechnologií – radikální a postupný rozvoj [7]

24

Dnešní dobu lze ale za adit do teprve první fáze evoluce vyuţívající nanotechnologie. Existuje ada názor na nanotechnologii, na její nesporné výhody, ale i moţné problémy, které m ţe její rozvoj p inést. Probíhají diskuze p edevším o tom, co tato nastupující technologie zahrnuje a co m ţe znamenat pro společnost. Na jedné stran

jsou

p edkládány p edstavy o revoluční podstat nanotechnologie, jejíţ rozvoj radikáln a rychle zm ní současný vývoj, na druhé stran

je nanotechnologie povaţována za

technologii vycházející ze známých postup , která se bude rozvíjet postupn . Nejradikáln jší koncepce nanotechnologie jsou zaloţeny p edevším na teoretických moţnostech nanotechnologie a na jejím perspektivním potenciálu, zatím co opatrn jší koncepce vycházejí ze současné situace a stupn poznání.

2.2 P ÍNOSY NůNOTECHNOLOGIÍ PRO V DNÍ OBORY Výzkum nanotechnologií také podstatn zasáhl do oblasti v dy a výzkumu. Jak bylo zmín no v úvodu této práce, nanotechnologie aplikují znalosti a poznatky z mnoha v dních obor . Tato mezioborová v decká činnost se projevuje také v rozvoji v deckých prací všech zasaţených obor . Na v tšin

univerzit je jiţ zahájen výzkum v oblasti

nanotechnologií, jsou zakládány nové studijní obory a p edm ty. Aplikace nanotechnologií p ináší nové moţnosti rozvoje výzkumných a v deckých organizací.

Obr. 6: Počet publikací „Top 25“ zemí sv ta v r.2009 [16]

Díky modern jší zobrazovací technice, je moţno zobrazovat stále menší struktury a lépe poznávat podstaty základních fyzikálních a chemických d j . Poznatky a technologie vytvá ení nových struktur otevírají nové moţnosti materiálovým inţenýr m k tvorb inteligentních materiál , které mají doposud nepoznané vlastnosti. V oblasti léka ství je moţno vyuţít jejich malých rozm r k cílené aplikaci léčiv a detekci karcinom . V t chto 25

a dalších v deckých oborech p edstavují nanotechnologie nad ji na vy ešení závaţných problém . Zvýšená v decká a výzkumná činnost je doprovázena doslova smrští publikací na téma „nano―. Nejvíce publikací na toto téma bylo v Čín , USA, Japonsku a v Evrop . Na Obr. 6. je uveden počet publikací na téma „nano― prvních 25 zemí sv ta v roce 2009. Společn s mnoţstvím odborných publikací roste také počet patent a patentních ízení. V současnosti je jenom v USA jiţ p es Ř4 000 patent či p ihlášek patentnímu ízení, spojených s „nano― [16].

2.3 EKONOMICKÉ P ÍNOSY NůNOTECHNOLOGIÍ Nanotechnologie jsou označovány jako technologie 21. Století. Od nových specifických fyzikálních a chemických vlastností nanomateriál je očekáván velký inovační potenciál, který má zajistit velký technologický a ekonomický r st.

Vlády mnoha zemí i

managementy soukromých společností si toto uv domují, a investují do výzkumu a vývoje velké finanční prost edky. Spojené státy americké, Evropská unie (včetn ČR), Japonsko i Čína adí podporu výzkumu a vývoje v oblasti nanotechnologií ke svým prioritám. Tyto investice mohou být za n kolik let zhodnoceny formou technologického náskoku p ed konkurencí a získáním ekonomicky silného pr myslového oboru. I díky této podpo e ve ejného a soukromého sektoru zaţívají nanotechnologie raketový r st, a z oblasti badatelské se rychle dostávají do fáze výrobní a aplikační. Úsp ch mnoha nových firem je zaloţen práv na zvládnutí specifické nanotechnologie, díky které získaly dominantní postavení na trhu (Elmarco (CZ) – výrobce stroj na elektrostatické zvlák ování, TODA (USA, Japonsko), NANOIRON (CZ) – producenti nanočástic kov , apod.). Sv tová

hospodá ská

recese

však

zasáhla

i

oblast

produkce

a

obchodu

s nanotechnologiemi, zejména oblasti výroby nanomateriál určených pro automobilový pr mysl, stavebnictví a elektrotechnický pr mysl. Nezávislá výzkumná a poradenská firma Lux Research poskytující strategické poradenství a pr b ţné zpravodajství o nových technologiích sníţila odhad trţeb nanoprodukt o 21% [17]. V současnosti je očekáváno, ţe v roce 2015 nanotechnologie vygenerují 2,5 bilion dolar . I p es toto zpomalení ekonomiky, Lux Research predikuje zdvojnásobení hodnoty trhu kaţdé dva roky.

Moţná práv nanotechnologie p isp jí k znovuoţivení sv tové

ekonomiky, a nastartování udrţitelného r stu. Obr. 7 znázor uje p edpokládaný r st p íjm z nanotechnologií. 26

Obr. 7: P edpokládaný vývoj zisk nanotechnologií v miliardách dolaru [17]

2.4 RIZIKA NANOPRODUKTU A NůNOTECHNOLOGIÍ Rozvoj vyuţití nanotechnologií p edstavuje pro společnost velký technologický a ekonomický potenciál. S rychlým rozvojem výroby a aplikací je však nezbytné také ov ovat potenciální rizika, které mohou nanotechnologie p inášet. Rozm ry nanočástic jsou natolik malé, ţe jsou schopny pronikat p es všechny bun čné st ny. Expozice ţivých organism

částicím velikosti nanorozm r , je a vţdy byla p irozenou součástí ţivota,

jelikoţ p írodními procesy (vulkanická činnost, ho ení, abraze) dochází k uvol ování nanometrických částic do ovzduší a následn do dalších sloţek ţivotního prost edí. S t mito materiály p icházejí ţivé organismy, včetn člov ka, do styku jiţ dlouhodob a m ly moţnost si vytvo it jisté obranné mechanismy jak eliminovat rizika spojená s p ítomností t chto částic v organismu. S rozvojem nanotechnologií však p ibývají další zdroje nanometrických částic, které se mohou uvol ovat do ţivotního prost edí. V mnoha p ípadech se jedná o materiály, které mají chemické i strukturní sloţení rozdílné od p írodních nanočástic. Toto p edstavuje potenciální rizika pro ţivé organismy včetn člov ka.

27

2.4.1 ENVIRONMENTÁLNÍ RIZIKů NůNOČÁSTIC Uvol ování nanočástic z nanomateriál a nanotechnologií do vn jšího prost edí m ţe potenciáln nastávat ve všech fázích ţivotního cyklu daného výrobku (výroba, p eprava, uţívání, recyklace/likvidace). Uvoln né částice tak mohou vstupovat do všech sloţek ţivotního prost edí (ovzduší, voda, p da) a následn se stát součástí biogeochemických cykl a potravních et zc (Obr. 8). S rostoucím počtem výrobk s obsahem nanočástic velmi pravd podobn

poroste také koncentrace t chto částic v jednotlivých sloţkách

ţivotního prost edí. Nap íklad nanočástice oxid kov pouţívané v opalovacích krémech se mohou dostávat z odpadních vod do vodních zdroj a stát se součástí vodních systém , následn také sediment . U mnoha dalších produkt není doposud objasn no v jaké mí e se nanočástice uvol ují, či mohou uvolnit, v pr b hu ţivotního cyklu daného produktu, jaký bude jejich osud v ţivotním prost edí, jaká budou moţná místa depozice a jaké moţné účinky na ţivé organismy r zných trofických úrovní, tj. producenty (nap . rostliny a zelené asy zajiš ující produkci kyslíku fotosyntézou) a konzumenty (nap . bakterie ovliv ující svou činností úrodnost p d nebo ţivočichové včetn člov ka).

Obr. 8: Možné expoziční dráhy nanočástic založené na stávajících a budoucích aplikacích [18,19]

28

Po uvoln ní daných nanočástic bude sehrávat d leţitou roli n kolik faktor , které budou určovat osud daného materiálu v jednotlivých sloţkách ţivotního prost edí. U nanočástic emitovaných do ovzduší bude d leţitým parametrem doba setrvání v suspendované frakci. S rostoucí dobou setrvání v této frakci roste také vzdálenost, na kterou mohou být tyto částice transportovány od zdroje. U nanometrických částic se jedná mnohdy aţ o kilometry a z časového hlediska o dny aţ týdny, čímţ se významn zvyšuje také riziko inhalační expozice. Nanočástice uvoln né do p d mohou být pevn vázány na jednotlivé sloţky p dy díky svému velkému povrchu a stát se tak imobilními, čímţ se výrazn sníţí jejich nebezpečnost. Nanočástice ve vodném prost edí mohou p edstavovat v tší riziko neţ v p dách v d sledku velmi pomalé sedimentace a mohou tak interagovat s vodními organismy a p ípadn p sobit toxicky [20]. Pro hodnocení environmentálních rizik spojených s uvoln ním nanočástic do r zných sloţek prost edí jsou nezbytné vytvo ení vhodných metodik pro správnou a p esnou detekci a monitoring t chto látek v prost edí. V současné dob však stále chybí standardizované metody pro tyto účely a rovn ţ legislativa tuto problematiku stále nepostihuje. V posledních letech bylo publikováno mnoho ekotoxikologických studií hodnotících vliv vybraných nanočástic na r zné organismy všech trofických úrovní z ad bakterií, as, rostlin, korýš , obratlovc . Nap íklad Jiang a kol. [21] testovali toxicitu mikronových částic a nanočástic Al2O3, ZnO, TiO2 a SiO2 pro vybrané bakteriální kmeny a zjistili, ţe krom oxidu titaničitého, který nebyl toxický, vykazovaly nanočástice ve všech p ípadech vyšší toxicitu. Toxicita t chto nanočástic byla zp sobena jednak rozpustností p íslušných iont kov , ale také vyšší tendencí vazby t chto částic na povrch bun čných st n. T chto baktericidních účink nanočástic lze ku prosp chu vyuţít pro dezinfekci p edm t nap . ve zdravotnictví, avšak uvoln ní nanočástic ve v tší mí e do ţivotního prost edí m ţe mít negativní účinky na daný ekosystém. Lin a kol (2007) [22] hodnotili fytotoxicitu nanočástic ZnO, Zn, Al2O3 a Al z hlediska moţné inhibice klíčivosti semen a r stu ko ene zem d lsky významných plodin ( epy, kuku ice, epky a dalších). Negativní vliv na klíčivost semen a r st ko ene byl p i niţších dávkách pozorován pouze u nanočástic Zn a ZnO pravd podobn v d sledku uvol ování Zn2+. Ostatní nanočástice vykazovaly negativní účinky pouze ve vyšších koncentracích (cca 2000 mg/l). Výše uvedené typy nanočástic byly v n kolika studiích hodnoceny také z hlediska moţného vlivu na vodní ţivočichy. Wiench a kol. [23] testovali toxicitu nano TiO2 a nano 29

ZnO pro sladkovodní korýše Daphnia magna. Po 48 h expozici bylo zjišt no, ţe ţádný z testovaných materiál

nevykazuje akutní toxicitu pro daný organismus, avšak po

chronické expozici (21 dní) bylo pozorováno významné sníţení reprodukční schopnosti [18].

2.4.2 ZDRůVOTNÍ RIZIKů NůNOČÁSTIC Nanočástice uvoln né do jakékoli sloţky ţivotního prost edí mohou ovlivnit nejen kvalitu prost edí a daného ekosystému, ale také zdravotní stav člov ka. Současné poznatky o moţných účincích nanočástic na savce jsou získávány pouţitím in vivo test

na

laboratorních zví atech (potkanech, myších, aj.) se zam ením zejména na inhalační expozici nebo v mnoha p ípadech také pouţitím test

na tká ových kulturách. Cílem

mnoha studií je ov ení hypotézy, zda inhalační expozice nanočásticím p edstavuje hlavní zp sob vstupu nanočástic do krevního ečišt a následný transport k cílovým organ m. Ve srovnání s mikronovými částicemi lze obecn

konstatovat, ţe nanometrické částice

vykazují významn v tší negativní zdravotní účinky. Tato skutečnost byla demonstrována n kolika experimentálními studiemi zejména pouţitím test

pulmonární toxicity na

laboratorních zví atech. Oberdörster a kol. [24] studovali účinky oxidu titaničitého (TiO2) ve form anatasu v závislosti na velikosti částic, které byly ve form suspenze ve fyziologickém roztoku vst íknuty do pr dušnice (tzv. intratracheální instilace) potkan a myší. Nanočástice (~ 20 nm) vykazovaly jiţ po 24 hodinové expozici významn v tší zán tlivou odezvu plic neţ částice stejného chemického sloţení o velikosti p ibliţn 250 nm v pr m ru, p ičemţ ob velikostí frakce byly v testech aplikovány ve stejných hmotnostních dávkách. Kdyţ však byly aplikované dávky vyjád eny pomocí povrchu částic, odpovídaly odezvy laboratorních zví at stejným k ivkám dávka-efekt. Z toho lze vyvodit, ţe vyjád ení dávky pomocí povrchu daného mnoţství velikostn

odlišných částic (avšak totoţných z hlediska

chemického sloţení) je vhodn jší neţ hmotnost částic. V Tab. 1. jsou uvedeny hodnoty velikosti povrchu částic vzhledem k jejich velikosti. Tato tabulka p ehledn ukazuje, jak roste povrch částic p i jejich zmenšování. Pro p ípadnou toxikaci organism tedy stačí mnohem menší hmotnosti daných částic. V současné legislativ (bezpečnostních limitech) jsou však všechny p ípustné hodnoty uvád ny pouze v hmotnostních limitech. V budoucích normách a bezpečnostních limitech je tedy nezbytné zcela zm nit hodnocení nebezpečných kritérií. V souvislosti s t mito pot ebami vznikají základy nového oboru, zabývajícího se toxicitou nanomateriál – nanotoxikologie [25], [26]. 30

Tab. 1: Velikosti částic a odpovídající povrch (plocha vstupující do reakce) [25] -3

P

P

P

5

153000000

12000

20 250 5000

2400000 1200 0,15

3016 240 12

m2/cm3)

Pro posouzení nebezpečnosti r zných velikostních frakcí částic je d leţitá informace o schopnosti daných frakcí pronikat po inhalaci do jednotlivých částí respiračního traktu. Mezi nano a mikrometrickými částicemi je velký rozdíl z hlediska jejich chování a depozice v jednotlivých částech respiračního traktu. Podle matematického modelu vytvo eného pro jednotlivé velikostní frakce byla predikována depozice v nosohltanové, tracheobronchiální a alveolární části dýchacího cest (Obr. 9).

Obr. 9: Predikovaná depozice inhalovaných částic v jednotlivých částech respiračního traktu člov ka v závislosti na velikosti [18], [26]

31

Z tohoto modelu je patrné, ţe u nanometrických částic m ţe docházet k významné depozici ve všech výše uvedených částech respiračního traktu. U velikostní frakce okolo 10

m je patrná významná depozice v oblasti horních cest dýchacích. Je to dáno

p ítomností obranného mechanismu, tzv. asinkového epitelu, který je schopen zachytávat tyto částice. Následn pak dochází k jejich spolknutí nebo vykašlání, čímţ je zabrán no jejich dalšímu vstupu do hlubších částí dýchacích cest. Účinnost tohoto obranného mechanismu však klesá s klesající velikostí částic a tedy pro nanometrické částice je jeho účinnost minimální. V minulosti nebyl povaţován kardiovaskulární ani cévní systém za cílový p i testování inhalační toxicity. V posledních letech se na základ test

na laboratorních zví atech

(zejména potkanech a myších) a mnoha epidemiologických studiích ukázalo, ţe dochází k translokaci nanometrických částic zejména z jednotlivých částí respiračního traktu do krve a lymfy, které je následn roznášejí k dalším cílovým orgán m, jako jsou játra, ledviny, slezina, kostní d e , lymfatické uzliny a další (Obr. 10). Dochází k tomu díky malé velikosti nanočástic, která jim umoţ uje pronikat p es bun čné membrány epitelu v dýchacích cestách, následn vstupovat do bun k, kde mohou interagovat nap íklad s molekulami DNA v jád e a podílet se na mutagenezi.

Obr. 10: Možná místa vstupu a translokace nanočástic v lidském organismu [18], [26].

32

V n kolika publikacích byl popsán transport částic z horních cest dýchacích do centrální nervové soustavy [26], [27], [28] s následnou depozicí v r zných částech mozku, a vliv na respirační a kardiovaskulární problémy [29]. Nervová zakončení čichového nervu v nosní sliznici jsou v p ímém kontaktu s vn jším prost edím. Po vdechnutí nanočástic nosem tak m ţe docházet k pr niku t chto částic nosní sliznicí a následnému axonálnímu transportu aţ do centrální nervové soustavy (tj. mozku) s následnou depozicí a tvorbou loţisek daného nanomateriálu [26] (Obr. 11). Tato transportní dráha je specifická pouze pro nanometrické částice a byla popsána p ed více neţ šedesáti lety pro částice vir . V té dob však nevzbudila pozornost toxikolog . Transport nanometrických částic p es nosní dutinu do centrální nervové soustavy byl experimentáln prokázán nap íklad u primát , ps a hlodavc . Calderón-Garciduenas a kol. [28] studovali mozkovou tká zdravých ps po instilaci prachových částic na bázi oxid kov do nosní dutiny. Po chronické expozici byly u ps pozorovány degenerativní zm ny v mozkové tkáni společn s patologickými zm nami a poškozením čichové funkce.

Obr. 11: Možná transportní dráha nanočástic vdechnutých nosem do centrální nervové soustavy [18], [26]

Oberdörster a kol. [27] instilovali nanočástice sazí o velikosti p ibliţn 36 nm do nosní dutiny laboratorních potkan . Zví ata byla exponována t mto částicím po dobu 6 hodin a poté byly odebrány jednotlivé části mozku, plíce a čichový nerv. Touto studií bylo zjišt no, ţe centrální nervová soustava m ţe p ijít do styku s manometrickými částicemi vdechnutými nosem a nejpravd podobn jší transportní drahou je dráha olfaktoriální (p es čichový nerv). Na základ výše uvedených zjišt ní existují p edpoklady o existenci této

33

transportní dráhy u člov ka, coţ by nap íklad pomohlo vysv tlit p ítomnost loţisek kov nalezených v lidské mozkové tkáni. Dermální expozice nanočásticím není podle literatury zdaleka tak nebezpečná jako v p ípad expozice inhalační. Zda dochází k pr niku nanometrických částic k ţí není v současné dob stále zcela jednoznačn definováno. Gwinn a Vallyathan [30] tvrdí, ţe k pr niku mikronových částic u zdravé k ţe dochází pouze minimáln , kdeţto u nanometrických částic doposud neexistuje dob e zdokumentovaná studie o pr niku nanočástic k ţí a translokaci k dalším orgán m. V p ípad nanočástic oxidu titaničitého, pouţívaného v opalovacích krémech a dalších kosmetických p ípravcích, nebyl v experimentálních studiích prokázán pr nik zdravou pokoţkou, avšak to samé nelze s jistotou tvrdit o pokoţce poškozené [31]. Nanočástice n kterých kov se podílejí na tzv. oxidativním stresu, který m ţe mít za následek poškození n kterých struktur biologických systém , jako jsou biomolekuly nebo organely. Oxidativní stres lze definovat jako nerovnováhu mezi produkcí reaktivních kyslíkových radikál (ROS) a schopností biologického systému detoxikovat tyto reaktivní radikály. ROS mohou vznikat in vivo mnoha procesy, nap . enzymatickými a fotochemickými reakcemi, autooxidací a mohou se jich účastnit endogenní sloučeniny a stejn tak xenobiotika. Reaktivní kyslíkové radikály vyvolávají nap íklad oxidaci bází v DNA nebo lipid , které tvo í významnou součást biomembrán, čímţ m ní jejich biologickou funkci. V p ípad poškození DNA to m ţe mít za následek mutagenezi aţ karcinogenezi [32]. Experimentáln bylo prokázáno, ţe nanočástice r zného chemického sloţení se podílejí na produkci ROS. Krom nanočástic kov byla produkce ROS pozorována také u fulleren a uhlíkatých nanotrubiček [33].

34

2.5 NANOTECHNOLOGIE – NůD JE NEBO HROZBů? Vyuţití nanotechnologie má obrovský potenciál pro vytvá ení nových materiál

a

technologií, které najdou uplatn ní v r zných oblastech lidské činnosti. Jak bylo popsáno v p edešlých kapitolách, tyto technologie mohou vy ešit adu současných i budoucích problém , stávají se společensky ţádoucím a ekonomicky silným odv tvím. Jedná se však v tšinou o zcela nové, um le vytvo ené produkty, s kterými lidstvo ani p íroda nemá dlouhodobé zkušenosti. Tyto velmi malé, mnohdy velmi reaktivní, obtíţn detekovatelné a separovatelné částice mohou p inášet environmentální a zdravotní rizika. Interakce nanomateriál

s ţivými organismy z hlediska akutní odezvy jsou dnes intenzivn

zkoumány pomocí mnoha test toxicity a jsou popsány účinky na úrovni molekulární, bun čné i orgánové. Doposud však nejsou známy moţné účinky vyráb ných nanomateriál vyvolané chronickou expozicí. Normy a p edpisy regulující pouţívání nanotechnologií doposud chybí. V České republice je k dispozici pouze technická normalizační informace TNI ISO/TR 12885 [77] z roku 2010, která obsahuje informativní dokument p ijatý v souladu se sm rnicí ISO/IEC, část 2, (jako technická zpráva s označením ISO/TR 12885:2008) a obsahuje zdravotní a bezpečnostní sm rnice relevantní pro pracovní prost edí nanotechnologií. Odstrašujícím p ípadem z minulosti m ţe být nap íklad pouţívání azbestu, který byl, aţ po n kolika letech jeho pouţívání, vyhodnocen jako velmi nebezpečný. Nejvíce p ípad poškození zdraví zp sobené azbestem se dokonce objevuje aţ 30 let po zákazu pouţívání azbestu [34-37]. Na obhajobu nanotechnologií, je t eba zmínit, ţe potenciální nebezpečnost se netýká všech nanoprodukt . V p ípad ţe jsou nanočástice pevn ukotveny, nap . v podkladovém materiálu, nebo se po uvoln ní shluknou či zreagují do v tších aglomerát , jejich nebezpečnost se podstatn sniţuje. Záv rem části zabývající se výhodami a potenciálními riziky nanotechnologií, by m lo být jist konstatování, ţe „Vývoj nových materiál a technologií, by m l vţdy jít ruku v ruce se zodpov dným výzkumem a vyhodnocením moţných rizik vznikajících b hem celého ţivotního cyklu daných produkt ―.

35

3 NANOTEXTILIE Nanotextilie jsou perspektivním materiálem, který nachází široké spektrum uplatn ní v mnoha oblastech lidské činnosti. Strukturu nanotextilie lze p irovnat k netkané textilii tvo ené velmi jemnými vlákny - nanovlákny. Pr m ry vláken se pohybují v rozmezí 50– 500 nm. Proces výroby nanovláken metodou elektrostatického zvlák ování je nazýván elektrospinning.

3.1 VÝVOJ NůNOVLÁKEN Metoda výroby nanovláken je jiţ pom rn dlouho známá. První zmínky o technologii výroby navoláken, zvané electrospraying, se v odborné literatu e objevují jiţ okolo roku 1914, kdy fyzik, čecho-američan John Zelený z Michiganské univerzity, popisuje technologii

formování

vláken

pomocí

elektrohydrodynamického

tryskání

(―electrohydrodynamic jetting‖) [38]. V patentové literatu e se objevují první zmínky dokonce jiţ v roce 1902 [39]. V letech 1ř34 aţ 1ř44 následuje ada patent

firmy

Formalas, popisujících experimentální postup výroby polymerních vláken, za pouţití elektrostatické síly. Roztok polymeru byl p ivád n do elektrického pole. Polymerní vlákna byla vytvá ena mezi elektrodami s opačným elektrickým nábojem [40-44]. Na výzkum a vývoj dalších technologií navazovali v letech – 1952 Vonnegut a Neubauer [45], [46] technologií výroby uniformních kapiček o pr m ru 0,1 mm pomocí originálního p ístroje pro elektrickou atomizaci. V roce 1955 popisuje Drozin [47] rozptylování ady tekutin do aerosol p i vysokém elektrickém potenciálu a roku 1ř66 Simons [4Ř] patentuje p ístroj na výrobu ultratenkých a ultralehkých nanovlákenných tkanin za pouţití elektrického zvlák ování ze sklen né trysky. V roce 1971 Baumgarten [49] sestrojil p ístroj k elektrozvlák ování akrylických vláken s pr m rem v rozmezí 0,05–1,1 mikron . K zvlák ování byla pouţita nerezová kapilára, do které byl p ivád n roztok infuzním čerpadlem. Na tyto badatele a p edevším na jejich následníky ve firmách Reneker a Chun [50-53] a Larronda a Manley [54-57] navázal výzkumnou činnost tým prof. Old icha Jirsáka z Technické univerzity v Liberci. Ten ve spolupráci s firmou Elmarco v roce 2004 vyvinul a patentoval technologii elektrostatického zvlák ování Nanospider, která, oproti dosavadním technologiím, umoţ uje vysokou produkci nanovláken z r zných materiál a je pouţitelná pro pr myslovou výrobu. Podrobn jší popis technologií výroby nanovláken a materiál , ze kterých je moţno vyráb t nanovlákna, je popsán v dalších kapitolách. 36

3.2 TECHNOLOGIE VÝROBY NůNOVLÁKEN 3.2.1 TECHNOLOGIE VÝROBY NůNOVLÁKEN POUŢÍVůJÍCÍ TRYSKU Proces

zvlák ování

nanovláken

pomocí

elektrostatického

pole

je

nazýván

elektrostatické zvlák ování. V tomto procesu je vyuţito vysokého nap tí k vytvo ení elektricky nabitého proudu polymerního roztoku nebo taveniny, p ičemţ elektroda vysokého nap tí je spojena p ímo s polymerním roztokem. První experimentální zvlák ování bylo provedeno pomocí sklen ných, pozd ji pak ocelových kapilár (Obr. 12) [58], [59]. Díky vysokému elektrickému nap tí mezi špičkou kapiláry a uzemn ným kolektorem vzniká tzv. Taylor v kuţel na špičce kapiláry, z n hoţ jsou produkována submikronová vlákna [60–63]. Vlákna po odpa ení rozpoušt dla ztuhnou a vytvo í vlákennou vrstvu na povrchu kolektoru. Rychlost produkce touto technologií je 0.1– 1 g.hod-1. Technologie pouţívající kapiláry jsou však vhodné zejména pro laboratorní procesy, pro pr myslové pouţití mají malou výkonnost, coţ velmi omezuje a prodraţuje nasazení do výrobních proces . Pro výrobu vzork , testování technologie zvlák ování nových materiál a zjiš ování optimálních výrobních parametr jsou trysky stále pouţívány.

Obr. 12: Schéma p ípravy nanovláken tryskou [58]

37

3.2.2 TECHNOLOGIE NANOSPIDER Produktivní zp sob výroby, nazvaný NANOSPIDER, byl vyvinut týmem prof. Jirsáka na Technické univerzit v Liberci [64]. Technologie Nanospider nepouţívá pro tvorbu vláken trysky ani kapiláry, ale válec částečn pono ený v roztoku polymeru (Obr. 13). Válec se otáčí kolem své osy a na jeho povrchu se vytvá í tenký film roztoku polymeru. V horní úvrati rotačního pohybu válce, coţ je současn místo s nejniţší vzdáleností od kolektoru – protilehlé elektrody, se v d sledku maximální intenzity elektrického pole začnou vytvá et mnohačetná ohniska Taylorových kuţel , která dále vyústí v proces zvlák ování. Taylorovy kuţely a následn proudy hmoty jsou vytvá eny v husté síti pokrývající horní část válce. Tím je dosaţeno vysoké výrobní kapacity zvlák ovací hlavy Nanospideru (1 – 5 g.min-1.m-1 pracovní ší e). Proudy roztoku polymeru jsou poté zbaveny rozpoušt dla a stávají se pevnými nanovlákny t sn p ed tím, neţ dosáhnou kolektoru.

Obr. 13: Elektrostatické zvlák ování polymeru metodou Nanospider [65]

Vrstva nanovláken je v tšinou nanášena na nosný materiál (PP netkaná textilie, viskóza, papír apod.), který umoţ uje bezpečn jší manipulaci s jemnou vrstvou nanovláken. Výhodou této technologie je vysoká stabilita zvlák ovacího procesu. Elektrody jsou mechanicky prosté a neobsahují ţádné části, které by se mohly snadno zablokovat (v porovnání s elektrospinningem pouţívajícím trysky). Další výhodou je 38

snadná aplikace p ísad, ovliv ujících vlastnosti vrstvy nanovláken, do rozpušt ného nebo roztaveného materiál (nap . antibakteriální p ísady). Tato technologie je jiţ pom rn b ţn vyuţívána a komerčn dostupná pro pr myslovou výrobu nanotextilií. Vysoká produktivita procesu p ispívá k niţším provozním náklad m. Cena za metr čtvereční nanotextilie se pohybuje v ádu jednotek aţ stovek korun. Cena je závislá na tlouš ce vrstvy nanovláken, na charakteristice zvlák ovaného materiálu a na p ípadných dalších speciálních úpravách. Parametry technologie NANOSPIDER jsou uvedeny v Tab. 2. Tab. 2: Parametry technologie NANOSPIDER [65]

Parametry

M

Jednotky

Vlastnosti technologie N

S

nanometry (nm)

50, 100, 1

S odchylka

O je 30%. M jako s)

D

deniery (gramy na

<0.0001 dernier nebo dtex

dtex (g/10'000m) Parametry vrstvy

P vrstvy

N N

H T T

) mikrometry

1Z B D

lze

do

Parametry produkce

V

m/min

Š

m

R

A U PVA je to 50mil. m2

39

3.3 MůTERIÁLY ZVLÁKN NÉ METODOU ELEKTROSPINNINGU Elektrostatickým zvlák ováním i technologií NANOSPIDER je moţno produkovat organická, anorganická i biopolymerní nanovlákna. Počet materiál , které je moţno pomocí elektrospinningu zvláknit na nanovlákna, neustále nar stá. V současnosti je jiţ známo zvlákn ní p es 50 druh

polymer . P ehled b ţn

pouţívaných zvlákn ných

materiál je uveden v Tab. 3 a Tab. 4 [66]. Tab. 3: B žn používané materiály pro výrobu nanovláken metodou NANOSPIDER [66]

O

A

B

PA6 (Nylon 6) PA 6/12 (Polyamid) Polyaramid PUR (Polyurethane) PES (Polyethylsulfide) PVA (Polyvinylacohol) PAN (Polyakrylnitril) PEO (Polyethyleneoxide) PS (Polystyrene) PVDF (Polyvinylidenfluoride) PVP (Polyvinylpyrrolidone) PVP に I (Povidone-iodine)

TiO2 SiO2 Al2O3 ZnO Li4Ti5O12 ZrO2 MgAl2O4

Gelatin Chitosan

Velmi

perspektivní

oblastí

této

technologie

se

jeví

moţnost

zvlák ování

anorganických vláken kov , jako nap . TiO2. Vzniklá vlákna jsou velmi k ehká, tudíţ konečným produktem není nanotextilie z nanovláken, ale velmi jemný „prášek― z nalámaných nanovláken. Nanočástice TiO2 jsou v posledních letech hojn vyuţívány k výrob

fotokatalytických povrchových úprav. Jedná se o tzv. samočisticí nát ry či

povlaky, kde je TiO2 vyuţit jako fotokatalyzátor. Další vyuţití anorganických nanovláken se p edpokládá v oblasti produkce polovodičových elektronických prvk , zejména p i výrob fotovoltaických článk a baterií. Tab. 4: P ehled b žných anorganických nanovlákenných materiál [66] P

M

C vzorec

K struktura

Titanium (IV) Oxide

TiO2

Anatase

(nm) ンヰヰвヱヵヰ

max. 150

Aluminium (III) Oxide

Al2O3

Alpha, gamma

ンヰヰвヱヵヰ

max. 200

Silicon (IV) Oxide

SiO2

Amorphous

ンヰヰвヱヵヰ

max. 600

Lithium Titanate

Li4Ti5O12

Spinel

ンヰヰвヱヵヰ

max. 100

Zirconium (IV) Oxide

ZrO2

Monoclinic

ヲヰヰвヱヵヰ

max. 50

Plocha povrchu (BET, m2.g-1)

40

3.4 CHARAKTERISTIKA NANOVLÁKEN ů NůNOTEXTILIÍ Nanovlákna jsou speciáln

vyráb ná vlákna, v tšinou metodou elektrospinningu, o

pr m ru menším neţ 500 nm. V definici nanotechnologie, v první kapitole této práce, bylo sice uvedeno, ţe nanotechnologie pracují s objekty s rozm ry menšími neţ 100 nm, ale v souvislosti s elektrostaticky zvlákn nými vlákny se pouţívá označení nanovlákna, i kdyţ se jejich rozm ry pohybují nad definiční hranicí 100 nm. B ţn pouţívané nanotextilie mají pr m rný rozm r pr m ru nanovláken kolem 200 nm, pro speciální aplikace jsou vyráb na nanovlákna o pr m ru Ř0 nm i mén . Pro porovnání, mikrovlákna MB (meltblown) a SB (spunbond), se pohybují v ádu od 0.ř µm. Vlákno vlny Merino m í 12 - 24 µm a lidský vlas má pr m r cca Ř0 µm, je tedy zhruba 200krát v tší neţ pr m rné nanovlákno [66]. Struktura nanotextilie je ovlivn na mnoha faktory (zvlák ovaný materiál, rozpoušt dlo, vzdálenost elektrod, tvar elektrod, nap tí mezi elektrodami atd.), pro kaţdou aplikaci je vyvíjena a testována optimální tlouš ka vrstvy, pr m r a morfologie vláken p ípadn vhodný tvar elektrod [67], [68]. Na Obr. 14 jsou uvedeny p íklady morfologie r zných druh nanotextilií [69].

Obr. 14: R zné morfologie nanovláken p ipravených metodou elektrospinningu. Porézní elektrostaticky zvlákn ná vlákna, Polyakrylonitril, Polycaprolacton [69]

Do vrstvy nanovláken lze dále navázat další látky podporující funkci v dané oblasti aplikace (antibakteriální prost edky, látky urychlující hojení ran, léčiva apod.) Specifickou technologií výroby lze zajistit hydrofilní i hydrofobní povrch nanotextilie, dle poţadavk na aplikaci. Díky své velikosti, která zaručuje jedinečné vlastnosti nanovláken,

41

vykazují nanomateriály skokové vylepšení kvality konečných produkt

(nap íklad v

porovnání s mikromateriály). Vlastnosti netkaných nanotextilií: 

nízká hustota



velký specifický m rný povrch



malá velikost pór – dobrá prodyšnost



vysoký objem pór



vysoká porosita



výborné mechanické vlastnosti v pom ru ke hmotnosti



moţnost aditivovat nanovlákenný materiál

Díky svým jedinečným vlastnostem p ináší výroba nanovláken unikátní p íleţitosti pro uplatn ní nanovlákenných materiál v r zných aplikacích.

3.5 OBLASTI POUŢITÍ NETKůNÝCH NůNOTEXTILIÍ Celá ada sv tových výzkumných a vývojových organizací aktivn pracuje na vývoji nových aplikací pro nanovlákenné materiály. Nanovlákna se tak velmi často stávají jedinečnou součástí materiál , které jsou r znými zp soby integrovány do konečných výrobk , ve kterých jsou vyuţity jejich specifické vlastnosti. V této kapitole je uvedeno n kolik perspektivních oblastí, ve kterých jsou nanotextilie jiţ vyuţívány nebo se v brzkém čase očekává jejich vyuţití: 

kompozity



filtrace, čišt ní kapalin a plyn



separační membrány



kosmetika



biomedicína



um lé orgány



tká ové inţenýrství



krevní cévy



systémy cíleného doručení léčiv 42



obvazový materiál



dýchací masky (roušky)



ochranné od vy



solární plachty, sv telné plachty a zrcadla pro pouţití ve vesmíru



aplikace pesticid na rostliny



nanovodiče, nanoelektrické aplikace



nosiče chemických katalyzátor



vodíkové nádrţe pro palivové články

3.6 VYBRůNÉ OBLůSTI VYUŢITÍ NůNOTEXTILIÍ 3.6.1 NůNOVLÁKNů PRO ČIŠT

NÍ ů ÚPRůVU VODY ů VZDUCHU

Hlavní p ednosti nanovláken, jejich specifický rozm r, je vyuţíván k vytvá ení membrán a filtr , které umoţ ují záchyt nečistot, jak ve vzduchu, tak i ve vod . Integrace nanovlákenných vrstev do tradičních filtračních médií vytvá í zcela nový materiál a technologii, nabízející široké spektrum pouţití. Aplikace t chto materiál v konečných výrobcích umoţ uje další vývoj cenov dostupných produkt , které kaţdodenn ovliv ují ţivoty lidí a p ispívají k ochran ţivotního prost edí. Čišt ní a úprava vzduchu Zesí ovaná organická polymerní nanovlákna spolu s fotokatalytickými anorganickými nanovlákny napomáhají k ešení problematiky čistoty ovzduší. Nanovlákenná vzduchová filtrační média se pouţívají k čišt ní vzduchu, který obsahuje pevné částice (viry, prach a jiné velmi jemné částice), kapalné částice (smog, odpa enou vodu, chemická rozpoušt dla aj.), a p edčí tak ostatní filtrační média nízkým odporem proudícího vzduchu a vysokou účinností filtrace [70]. Hlavními výhodami nanovláken p i čišt ní vzduchu jsou: 

vysoká efektivita filtrace



vysoký m rný povrch



vysoká propustnost – značná úspora energie



nízké náklady, jednoduché pouţití, efektivita



nízká hmotnost a vysoká efektivita výroby 43

Čišt ní a úprava vody Obdobn

jako p i filtraci vzduchu začínají být nanotextilní materiály vyuţívány

k filtraci a nanofiltraci roztok [71]. Pro zvýšení antimikrobiálních vlastností nanotextilií jsou vrstvy nanovláken často modifikovány dalšími materiály ve form nano/mikročástic [72]. Pouţití nanotextilních materiál je uvaţováno jak pro čišt ní/p edčišt ní pitné vody, tak odpadních, komunálních i pr myslových vod. Nanovlákna také nabízí alternativu k široce pouţívané technologii koagulace, flokulace (sráţení/vločkování), které nejsou schopné zcela odstranit znečiš ující látky a navíc vytvá ejí nadm rné mnoţství kalu, který vyţaduje další zpracování a likvidaci. Hlavními výhodami nanovláken p i úprav vody jsou: 

vysoká efektivita



rychlý účinek



selektivita



velký m rný povrch

3.6.2 NůNOVLÁKNů V LÉKů

STVÍ

Další velmi slibnou oblastí pro vyuţití vlastností nanotextlilií je medicína [74]. Struktura nanovlákenné textilie je podobná struktu e mezibun čné hmoty lidské tkán , coţ umoţ uje jejich široké vyuţití v biomedicín . Textilie z nanovláken mohou být pouţity ke krytí ran, kde zajiš ují pr niku vzduchu, odtoku exsudátu a současn brání bakteriím ve vstupu do rány. Zárove na n mohou být navázány n které podp rné látky, jako jsou antimikrobiální a hemostatické léčiva nebo léčiva urychlující hojení. Nanovlákna mohou být potenciáln vyuţita ve tká ovém inţenýrství pro rekonstrukce k ţe, kostí, cév, sval i nervové tkán , kde slouţí jako nosiče bun k. Nanovlákenné materiály mají extrémn velký plošný povrch, který se muţe vyuţít pro ízené doručování a uvol ování léčiv, separační membrány s definovatelnými vlastnostmi, inteligentní filtry s antibakteriálními účinky nebo s navázanými protilátkami. Dosavadní pokusy totiţ prokázaly, ţe nové materiály díky r zným p ísadám zastavují silné krvácení, dokonce i v játrech, urychlují proces hojení a p itom zabra ují sr stu orgánu s okolím. Nanovlákenný materiál se také vst ebá bez následku a vedlejších účink [75].

44

Nanovlákna lze pouţít v následujících aplikacích: 

materiály podporující léčbu ran



tká ové inţenýrství



ochranné od vy



respirátory



materiály pro distribuci léčiv

Hlavními výhodami nanovláken v t chto aplikacích jsou: 

rychlejší/účinn jší hojení ran



biodegradabilita (biologická odbouratelnost)



nanovlákenné struktury odpovídají tká ovým strukturám – bu ky vyr stají v p irozeném prost edí



ochrana zdravotnického personálu p ed infekcemi – vyšší účinnost neţ u tradičních materiál



výrazn

niţší mnoţství lék

pot ebných ke stejnému účinku neţ p i podání

klasických léčiv

3.6.3 NůNOVLÁKNů PRO ENERGETIKU Rostoucí poţadavky na čistou energii vyţadují vývoj nových technologií a materiál . Velký m rný povrch nanovláken v pom ru ke hmot a chování polovodič u jistých druh oxid

nanovláken, podn cuje k vyuţívání t chto materiál

ve výrob

za ízení

produkujících elektrickou energii [76]. Nanovlákna lze pouţít v následujících aplikacích: 

anody li-ion baterií



bateriové separátory



solární články



palivové články



fotokatalyzátory

Hlavními výhodami nanovláken v t chto aplikacích jsou: 

vysoká kapacita a výkonnost



vysoká rychlost nabíjení



DSSC nevyţadují p ímé sluneční zá ení



vysoká účinnost p em ny energie 45

3.6.4 NůNOVLÁKNů V ůUTOMOBILOVÉM PR

MYSLU

V automobilovém pr myslu je veliké mnoţství potenciálního vyuţití nanovlákenných materiál , které pozitivn

ovliv ují výkon vozidel, výkonnost a spot ebu paliva, ale

poskytují i komfortní cestování pro pasaţéry [76]. Nanovlákna lze pouţít v následujících aplikacích: 

pohlcování hluku



filtry (palivový, výfukový, sání motoru, ventilace kabiny)



baterie pro hybridní a elektrické automobily

Hlavními výhodami nanovláken v t chto aplikacích jsou: 

šet ení paliva – účinné materiály s nízkou hmotností



menší znečišt ní, vyšší účinnost spalování – čistší vzduch a palivo v motoru



krátká doba nabíjení u elektrických automobil

3.6.5 NůNOVLÁKNů VE STůVEBNICTVÍ Všestrannou pouţitelnost nanovlákenných materiál ve stavebním pr myslu je moţné názorn ukázat na široké palet moţných výrobk , které zabezpečují snazší stavební procesy, lepší pracovní prost edí a mnoho dalších výhod [77]. Nanovlákna lze pouţít v následujících aplikacích: 

tepelná a zvuková izolace



zesílení konstrukce



čist ní vzduchu, fotokatalytické filtry



st ešní a fasádní solární panely/kolektory

Hlavními výhodami nanovláken v t chto aplikacích jsou: 

vysoký koeficient absorpce – úspora energie a materiálu (tenčí st ny/lehčí konstrukce)



čistá výroba energie



pr hledné i barevné panely – atraktivní architektura

46

3.6.6 NANOTECHNOLOGIE A NANOVLÁKNů V ZEM

D LSTVÍ

Vzhledem k zam ení této práce na oblast zem d lství, je v této kapitole uveden stručný p ehled pouţití nanotechnologií obecn a dále pak moţnosti pouţití nanotextilií. Výzkumu a vývoj nanotechnologie v zem d lském sektoru nabízí potenciál pro aplikaci v mnoha zem d lských oborech. V odborné literatu e se objevuje ada studií zabývajících se moţnostmi aplikace nanotechnologií v zem d lství [79, 80].

3.6.6.1 Zem d lská produkce

Nové nanomateriály nebo i standardní materiály ve form nanočástic zvyšují účinnost

a rozpustnost p ídavk . Rozm ry částic se pohybují na hranici definice nanotechnologií, p edevším v rozm rech 100 – 250 nm. Tyto nanočástice pesticid a herbicid mohou být také aplikovány do vodní nebo olejové emulze a následn vpraveny do gel , krém , kapalin a dalších médií, které pak slouţí jako preventivní, léčebné nebo ochranné prost edky pro sklize

plodin [81]. Jedna z nejv tších agrochemických společností

Syngenta [82] tímto zp sobem vyrábí rostlinný r stový regulátor pro trávníky sportoviš tak, aby vydrţely celé vegetační období a nebyly ničeny vedrem, suchem, chorobami a provozem, a prost edek proti škodlivému hmyzu ohroţujícímu produkci bavlny, rýţe, burských o íšk a soji. P edm tem výzkumu jsou systémy pro ízené uvol ování hnojiv a pesticid do p dy, které mají reagovat na zm ny okolního prost edí a které mají být ovládány magnetickým polem, teplem, ultrazvukem, vlhkostí apod. Výzkum je dále zam en na to jak zajistit efektivn jší vyuţívání vody, hnojiv a pesticid rostlinami, aby se tak sníţil dopad zem d lské výroby na ţivotní prost edí. Na výzkumu se krom malých firem podílejí i sv tové firmy jako nap . LG, BASF, Honeywell, Bayer, Mitsubishi, DuPont a další [83]. Začínají se také uplat ovat moderní technologie monitorující vlastnosti a stav p dy, vývoj plodin a následné postupy a dávkování hnojení, zavlaţování atd. Práv zde nachází uplatn ní nanotechnologie, a

jiţ formou autonomních bezdrátových nanosenzor

monitorujících p dní podmínky a r st plodin v reálném čase, tak i hnojiva a pesticidy ve form nanočástic. N které tyto technologie jsou jiţ pouţívány v částech USA a Austrálie. Nap . n které kalifornské vinice produkují za t chto podmínek hrozny vynikající kvality. I kdyţ jsou počáteční náklady spojené s instalací senzorových za ízení vysoké, investice se vyplácejí díky vysoké kvalit vín promítnuté do vysokých trţních cen t chto vín [84].

47

V databázi patent

najdeme jiţ také p ihlášky patentu na nanodetektory, které jsou

schopny nap . detekovat mnoţství cukru obsaţeného v zem d lských produktech, zejména ve vinných hroznech [85]. Z nanotechnologií v oblasti produkce vína, lze také zmínit články z jihoafrických stránek o vín , které zmi ují zám ry velkých výrobc potravin, jak vyuţít nanotechnologie k výrob

um lých

nanopotravin (jako nanopotraviny jsou

označovány ty potraviny, p i jejichţ p stování, zpracování a balení bylo pouţito nanotechnologických metod a nástroj ). Výzkumníci americké potraviná ské společnosti Kraftfoods vyvinuli v laborato ích bezbarvou kapalinu, kterou si m ţe spot ebitel po nákupu upravit dle svých poţadavk . Spot ebitel si sám rozhodne, jakou p íchu , obsah ţivin a zabarvení bude mít výsledná kapalina. Tento výrobek bude „nalad n― speciálním mikrovlným vysílačem, který aktivuje nanokapsle obsahující pot ebné chemikálie, které ovlivní výslednou chu a barvu dle poţadavk zákazníka [86].

3.6.6.2 Potraviná ství

Nanotechnologie nacházejí v potraviná ství uplatn ní p edevším ve zpracování

potravin, balení potravin, zachování jejich bezpečnosti a v úpravách jejich nutriční hodnoty. V tšina potraviná ských gigant , jako je Nestle, Kraftfoods, Heinz a Unilever [87], [88], podporuje cílený výzkum v této oblasti s cílem moci se podílet na trhu s nanopotravinami v p íštím desetiletí. Obaly a bezpečnost potravin Obaly slouţí k zajišt ní ochrany potravin p ed znečišt ním, poškozením p i p eprav od výrobce, k bezpečnému skladování a zvýšení trvanlivosti. Také v této oblasti nacházejí nanotechnologie velký potenciál vyuţití, zejména ve zvláštní kategorii, kterou jsou tzv. inteligentní obaly. Od inteligentních obal se poţaduje: modifikovatelnost propustnosti, schopnost zacelit drobné dírky a trhliny, odolnost v či mechanickému, tepelnému, chemickému a mikrobiálnímu p sobení okolí, p íp. antimikrobiální a fungicidní povrch a schopnost analyzovat, signalizovat mikrobiologické a biochemické zm ny zabalených potravin (signalizace čerstvosti, nezkaţenosti potravin). Spot ebitel zvyšuje poţadavky na kvalitu a čerstvost zem d lských produkt . V d sledku této poptávky se dodavatelé a p epravci zam ují na vyuţití nových materiál , které zaručují zachování kvality, čerstvosti a bezpečnosti p i cest potravin od producenta ke spot ebiteli. 48

Firemní zájem o inovační metody v obalové technice a o inteligentní obalové systémy neustále roste. Uvedeme n kolik p íklad výzkumu a aplikací. Firma Kraftfoods spolu s výzkumníky z Rutgersovy univerzity v USA vyvíjí tzv. elektronický jazyk, který bude vkládán do obalu s potravinami. Toto za ízení na bázi nanosenzor je extrémn citlivé na plyny uvol ující se p i rozkladu potravin a p i jejich p ítomnosti m ní barvu [89]. Firma Bayer Polymers vyvinula novou balicí fólii Durethan KU2-2601, která má výrazn lepší vlastnosti neţ b ţné obalové fólie. Durethan KU2-2601 je lehčí, pevn jší a odoln jší v či teplu. Poţadovanou vlastností kaţdé balicí fólie je ochrana obsahu p ed vysušením a vnikáním vlhkosti a kyslíku. Tato nová fólie, tzv. hybridní systém, obsahuje velké mnoţství silikátových nanočástic, které brání vnikání kyslíku a dalších plyn

a

unikání vlhkosti, a tím chrání potraviny p ed zkaţením [90]. Nanotechnologie se uplat ují také v pivovarnictví. Pro transport piva v láhvích by byly vhodné plastové láhve, protoţe jsou lehčí neţ sklen né láhve a levn jší neţ plechovky. Avšak alkohol reaguje s b ţným plastem láhve a tím se radikáln zkracuje trvanlivost piva [86]. Proto Voridan, divize americké firmy Eastman Chemical Co., spolu s americkým výrobcem nanojíl Nanocor vyvinuli speciální nanokompozit obsahující nanočástice jílu s názvem Imperm. Láhve z n j vyrobené uchovají pivo aţ 6 m síc [91]. Kontaminace potravin se dá odhalit také luminiscenční metodou. Firma AgroMicron vyvinula sprej obsahující bílkovinu, která vydává viditelné luminiscenční zá ení v kontaktu s mikroby typu Salmonela nebo E. coli. Čím je vyšší bakteriální kontaminace, tím intenzivn jší je luminiscenční zá ení. Podobné zam ení bylo také p edm tem EU projektu GoodFood (2004-2007), vývoj p enosného nanosenzorového p ístroje na detekci chemikálií, patogen a toxin v potravinách. Za ízení je určeno na odhalování škodlivých bakterií v mase a rybách, plísní na ovoci, pesticid na ovoci a zelenin atd. [92]. Výzkumný tým na University of Leeds v UK zjistil, ţe nanočástice oxidu ho ečnatého a oxidu zinečnatého jsou vysoce efektivní p i ničení mikroorganism . Výzkum ukázal, ţe nanočástice oxidu ho ečnatého a oxidu zinečnatého ničí mikroorganizmy podobn jako drahé st íbrné nanočástice. Jejich vyuţití p i balení potravin se zdá být atraktivní [93]. Toto zjišt ní by mohlo mít velký vliv pro aplikace v obalovém pr myslu, jelikoţ výroba je podstatn levn jší, neţ nanočástice st íbra.

49

Nanotechnologie nalezly uţití také ve značení potravin a jejich sledování v celém dodavatelském et zci. Jde o značení pomocí RFID etiket, tj. štítk pro pro radiofrekvenční identifikaci, vyvinutých pro vojenské účely jiţ p ed padesáti léty. Za ízení se skládá z mikroprocesoru a antény a vysílá data k bezdrátovému p ijímači. Tím trvale umoţ uje sledování zboţí na jeho celé cest od skladu ke spot ebiteli. Výhoda RFID etiket oproti čárovým kód m spočívá v tom, ţe čtení etiket je automatické a rychlé (stovky etiket za sekundu), zatímco čárové kódy se musí snímat ručn a na jednotlivých kusech zboţí. Nevýhodou etiket je zatím nep im en vysoká cena, protoţe jejich výroba je zaloţena na k emíkové technologii jako jiné elektronické prvky. I p es tuto nevýhodu prodejní et zce, jako je Wal-Mart, Tesco a další, jiţ vyzkoušely toto značení [94]. Úpravy potravin Krom obalové techniky začínají nanotechnologie ovliv ovat rozvoj funkčních nebo interaktivních potravin, které reagují na poţadavky t la a mohou zajistit efektivní p ísun ţivin. R zné výzkumné týmy také pracují na vývoji nových potravin, které z stanou „spící― v t le a budou dodávat ţiviny do bun k v p ípad pot eby. Klíčovým prvkem v této oblasti je rozvoj nanokapslí, které mohou být začlen ny do potravin dodávajících ţiviny. Tyto nanokapsle mají dopravit potravinové dopl ky (v angličtin zvané „nutraceuticals―) na pat ičné místo v t le a tam je uvolnit. Uve me n kolik p íklad . Izraelská firma Nutralease [95] vyrábí nanočástice obsahující potravinové dopl ky. Jsou to micely o velikosti 5 aţ 100 nm, které obalují nutrienty, jako je lycopen, betakaroten, lutein, fytosterin, koenzym Q10, vitamin D a vitamin E. Tyto p ípravky slouţí k obohacení nápoj , mléčných výrobk a n kterých dalších potravin o látky, které p sobí jako antioxidanty, sniţují hladinu cholesterolu a podporují absorpci vápníku. Uvedené micely se p ipravují speciální technologií zvanou Nano-sized Self-assembled Liquid Structures (NSSL). V lidském t le putují tyto micely spolu s potravinami zaţívacím systémem v nedotčeném stavu aţ k membránám mezi zaţívacím systémem a krví. Tam se micely otev ou, dopravované látky uvolní a pronikají membránami do krve. Společnost Biodelivery Sciences International vyvinula nanokapsule, které jsou v podstat 50 nm stočené nanočástice a mohou být vyuţívány k doručování ţivin, jako jsou vitaminy, lykopen a omega mastné kyseliny efektivn ji do bu ky, aniţ by to ovlivnilo barvu nebo chu potraviny (Obr. 15). P edností t chto nanočástic je to, ţe jsou odolné v či oxidaci, tepelným zát ţím, zm nám pH a hydrolýze a ţe p itom snadno pronikají 50

bun čnými membránami. Proto jsou vhodné pro transfer potravinových dopl k

aţ k

bu kám. [96].

Obr. 15: nanokapsule vyvinuté společností Biodelivery Sciences International [96]

Izraelská firma Shemen Industries vyuţívá technologie NSSL (Nano-sized Self assembled structured Liquids) a vyrábí obohacený epkový olej pod názvem CANOLA ACTIVE, který sniţuje hladinu cholesterolu [97]. P íklady dalšího vyuţití nanotechnologií Americká firma Oilfresh Corporation uvedla na trh práškový nanokeramický p ípravek pro pouţití ve fritézách. Jeho účinek spočívá v tom, ţe v d sledku velkého povrchu nanočástic, nedochází ve fritézách k tepelné polymerizaci oleje a tím se olej m ţe déle pouţívat. Výrobce uvádí, ţe spot eba oleje v prodejnách rychlého občerstvení se sníţí asi o polovinu [98]. N mecká firma Aquanova vyvinula novou technologii nazvanou NovaSol, v níţ micely o rozm rech kolem 30 nm fungují jako optimální nosiče hydrofobních aktivních látek k bu kám. Konkrétn preparát NovaSOL Sustain coţ je nový preparát na hubnutí a obsahujíce dv aktivní látky, a to koenzym Q10 na sniţování hladiny tuk v t le a kyselinu alfa-lipoovou k navození pocitu sytosti. Stejnou technologií se vyrábí vitamín C rozpustný v tucích, vodorozpustný vitamín E a koenzym Q10 a další p ípravky [99]. Nadnárodní firma Unilever, která má ve svém sortimentu krom jiného i výrobu zmrzliny (nap . Cornetto, Magnum, Vienetta atd.), vyuţívá i nanotechnologií pro inovace v 51

této oblasti. Nap . vyvíjí zmrzlinu s nízkým obsahem tuku, čehoţ hodlá dosáhnout zmenšením rozm ru tukových částic v emulzi na polovinu. Výsledkem bude sníţení obsahu tuku z tradičních Ř – 16% na mén neţ 1% p i zachování kvality zmrzliny. Dopad bude obrovský, protoţe Unilever prodá po celém sv t zmrzlinu za 3 miliardy GBP ročn . Zajímavé je, ţe tento gigant se jiţ 50 let v nuje výzkumu výroby zmrzliny a ţe v současné dob v této oblasti zam stnává 150 v dc a vydává 35 mil. GBP ročn na tento výzkum [100]. (Kapitola: Nanotechnologie v zem d lství - zpracováno a dopln no podle: Nanoforum Report „Nanotechnology in Agriculture and Food― (2006) autor Tiju Joseph and Mark Morrison, [79] a publikace Jitky Kubátové, Nanotechnologie v zem d lství a potraviná ství [83].) V odborné literatu e se vyskytuje ada review, zabývající se pouţitím nanomateriál v potravinovém pr myslu a obalové technice. Auto i se zam ují na výčet moţných aplikací nanotechnologií v jednotlivých oborech zem d lství [101-103] a p ibliţují první výsledky experiment s aplikací nanotechnologií [104], [105]. Dalšími aplikacemi nanotechnologií v oblasti zem d lství je ţivočišná produkce. V p ípadové studii od Jennifer Kuzma [106], jsou zmín ny slibné moţnosti vyuţití nanotechnologií

v ţivočišné

výrob ,

zejména

ochrana

chov

zví at.

Potenciál

nanotechnologií v revoluci v zem d lství je p edpokládán ve článku od N.R. Scotta [107], kde prokazuje vyuţití nanočástic a nanotrubiček do ţivočišných systém pro doručování lák a gen do bu ek. Očekává začlen ní nanobiotechnologií do oblasti veterinární péče. Otázky bezpečnosti nanotechnologií v potraviná ství a p ístup spot ebitel I v oblasti aplikací nanotechnologií v zem d lství, zejména v potraviná ství je upozor ováno na moţná rizika. P ístup spot ebitel

k potravinám a produkt m

obsahujícím nanotechnologie je zkoumán ve studiích od švýcarského výzkumníka Michaela

Siegrista

[108],

[109],

který

k nanotechnologiím v potravinách, podobn

zmi uje

obavy n kterých

spot ebitel

jak je tomu u geneticky modifikovaných

potravin. Potraviny s nanočásticemi/nanotechnologiemi musí být samoz ejm bezpečné, ale musejí mít také d v ru spot ebitel . Na záv r, Siegrist zmi uje nedávnou studii, která naznačuje, ţe čím více je výrobek povaţován za p irozený, tím mén

je p ijatelná

geneticky modifikovaná verze tohoto produktu. Vnímaná p irozenost, nebo nedostatek 52

p irozenosti, by mohl být faktorem, který ovliv uje i postoje v či potravinám s nanotechnologiemi. Výzkum holandského RIKILT-Institutu pro bezpečnost potravin podává p ehled o v deckých otázkách hodnocení rizik pro nanočástice v potravinách, které je t eba p ednostn

ešit. Uvádí výzkumná témata p ispívající k posouzení rizik nanotechnologií a

nanočástic v potraviná ských výrobcích, jako jsou definice nanočástic, nutnost vytvo ení analytických metod a postup spot ebitel

detekce nanočástic v potravinách, odhad expozice

nanočásticemi apod. Zd raz uje současné mezery ve znalostech pro

hodnocení rizik nanotechnologií v potravinách [110].

3.6.6.3 Vyuţití nanotextilií v zem d lství

V současnosti je p ímé vyuţití nanotextilních materiál

v zem d lství minimální,

nabízí se však ada oblastí, kde by mohly být nanotextilie hojn vyuţívány. V oblasti zem d lství je uvaţováno o pouţití v t chto oblastech: 

výroba „inteligentních― obalových materiál – obaly schopné propoušt t neţádoucí plyny z potravin ven a zamezit vniku mikroorganism plísní, moţnost detekce stavu potravin apod.



ošet ování poškození rostlin – ochranné vrstvy urychlující hojení rostlin



konzervace potravin, zvyšování trvanlivosti, nanop ísady zpomalující/zamezující degradační procesy v potravinách



eliminace mikroorganism

z potravin – částice zamezující rozmnoţování

mikroorganism 

cílená distribuce a dávkování hnojiv – p esné/ ízené uvol ování ţivin do p dy



antimikrobiální funkční povrchy – úpravy povrch antimikrobiálními/fungicidními částicemi



vysoce absorpční materiály – vyuţití nanomateriál s velkou absorpční schopností



úprava biopaliv – odstra ování pevných částic



výroba stabilizátor , plniv, barviv pro potraviná ské účely – vysoce účinné nanočástice stabilizátor , barviv apod.



substráty pro kultivaci rostlin – substráty s velkým m rným povrchem, vysoká zádrţ kapaliny a ţivin v médiu

53

Oblasti aplikací nanotextilií zasahují do oblasti zem d lství v tšinou nep ímo, tzn. aplikace nanotextilií z oborov

odlišných sm r , jsou aplikovatelné do oblasti

zem d lství. Nap . v oblasti filtračních nanotextilií vyráb ných primárn pro léka ství nebo automobilový pr mysl, jsou tyto produkty vyuţitelné v i mnoha oblastech zem d lství. Stejn jako v minulosti mnoho materiál vyrobených pro kosmonautiku, dnes jiţ b ţn pouţívaných v mnoha oblastech, tak i nanotextilie p vodn vyrobené pro jiné aplikace, mohou být nasazeny v zem d lství. Toto tvrzení dokládá i odborná literatura, která zmi uje moţnosti pouţití nanovláken zvlákn ných metodou elektrospinningu v zem d lství, ale konkrétní aplikace nejsou v tšinou up esn ny [111–113]. Nejperspektivn jšími materiály nanotextilií, vhodných pro zem d lství, by byly samoz ejm nejlépe materiály biopolymerní, nap . z celulózy, chitosanu, gelatiny. Tyto materiály dnes jiţ nacházejí vyuţití v léka ství zejména v tká ovém inţenýrství [114], [115]. V budoucnu lze tedy p edpokládat nasazení t chto materiál také ve veterinární péči apod. V oblasti potraviná ství jsou sledovány moţnosti aplikace nanovláken do potravin, jako tuţidel a ochucovadel, jak Azeredo [116] uvádí p íklad vyuţití celulózy ve form nanovláken pro ztuţení mangového pyré. Vzhledem k fyzikáln -chemickým vlastnostem biopolymer , je však není moţno vţdy pouţít (mechanická odolnost, rozpustnost, odolnost v či kyselinám apod.). Pro náročn jší aplikace lze ale pouţít

adu organických

polymerních nanovláken (uvedeno v kapitole 3.3).

54

4 CÍL DISERTůČNÍ PRÁCE Téma práce bylo zvoleno s ohledem na současný rychlý rozvoj uplatn ní nanotechnologií ve sv t

i v tuzemsku. Technologie, umoţ ující výrobu nanovláken

v pr myslovém m ítku otevírá nové moţnosti uplatn ní, finančn

dostupných,

nanovlákenných struktur – nanotextilií i v oblastech, které p ed n kolika lety nep icházely v úvahu. Hlavním cílem této disertační práce je vytipovat oblasti moţných aplikací nanotextilních materiál v oblasti zem d lství, provést teoretické p edpoklady vyuţití a experimentáln je ov it. Dílčí úkoly této práce lze formulovat takto: 1. Provést souhrn vlastností nanotextilních materiál , vyhledat oblasti pouţití v současnosti. 2. S ohledem na specifické vlastnosti vytipovat vhodné oblasti aplikace v zem d lství. 3. Zajistit nanotextilní materiály (zajistit výrobce/dodavatele). 4. Experimentáln verifikovat teoretické p edpoklady vyuţití nanotextilií. 5. Provést zhodnocení moţností vyuţití na základ provedených experiment . Na základ specifických materiálových vlastností nanotextilií (vysoce pórovitá struktura s velmi malými rozm ry pór ) a vzhledem k moţnostem technického vybavení Mendelovy univerzity byly zvoleny následující t i hlavní sm ry zam ení vyuţití: -

filtrace kapalin (odstran ní neţádoucích sloţek z kapaliny)

-

obalové materiály

-

ošet ení poškození rostlin

V p ípad filtračních aplikací byla uvaţována implementace vhodných nanotextilních materiál

pro

filtrace

paliv

a

maziv,

pouţívaných

v zem d lství.

Vzhledem

k progresivnímu výzkumu a vývoji nanovláken v oblasti filtrace na dalších pracovištích ve sv t , byly b hem p íprav našich experiment , vyvinuty filtrační materiály s nanovlákny pro filtraci paliv a maziv. Tyto materiály jsou jiţ komerčn dostupné (USA). Výzkum se tedy ubíral sm rem vyuţití nanotextilií pro filtrace mikrobiologického znečišt ní z vody, či separaci pevných fází z r zných roztok či zem d lských kapalných produkt .

55

Jemná pórovitá struktura nanotextilie, umoţ ující pr chod plyn a zárove zamezující vniku neţádoucích mikroorganism

a nečistot byla p edpokladem pro experimentální

ov ení vyuţití nanotextilií pro výrobu speciálních obalových materiál

z organických

nebo biopolymerních nanovláken. Pouţití nanovláken v léka ství, k výrob obvazových materiál , pop . um lých tkání, které se díky své struktu e lépe vst ebávají do ţivého organismu, bylo inspirací pro potenciální vyuţití k ošet ení rostlin. Vzhledem k velké časové náročnosti praktických experiment na rostlinách, mohl být však proveden pouze orientační pilotní experiment. P edkládaná disertační práce nasti uje potenciální moţnosti vyuţití nanotextilií v zem d lství, podloţené pilotními experimenty, které diskutují reálné moţnosti aplikace nanovlákenných struktur.

56

5 EXPERIMENTÁLNÍ

VERIFIKůCE

MOŢNOSTÍ

VYŢITÍ NůNOTEXTILIÍ Na základ materiálových vlastností vybraných nanotextilních materiál byly vybrány t i hlavní oblasti potenciálního vyuţití v oblastech zem d lství. Následující kapitoly popisují experimenty provedené ve spolupráci s dalšími spolupracovníky a participujícími výzkumnými institucemi (mimo Ústav techniky a automobilové dopravy také: Ústav agrochemie, p doznalství, mikrobiologie a výţivy rostlin Agronomické fakulty, Ústav nauky o d ev , Lesnické a d eva ské fakulty Mendelovy univerzity v Brn , ASIO spol. s r.o. - čišt ní vod, SPUR a.s., ELMARCO a.s., Textilní zkušební ústav v Brn ).

5.1 FILTRACE KAPALIN Vlákna o pr m rech n kolika desítek nanometr byla od počátku vyvíjena zejména pro výrobu filtračních materiál . Materiály s vysokou porositou a zárove

s malými

rozm ry pór jsou ideální pro výrobu filtr . Nanovlákna se proto velmi rychle uplatnila zejména p i filtraci vzduchu/plyn , kde vykazují dobré výsledky a jsou jiţ b ţn vyuţívány. Vzhledem k jejich niţší mechanické odolnosti, nebylo doposud aplikacím nanotextilií pro filtraci kapalin v nováno tolik pozornosti, jako filtraci vzduchu. Lze ale p edpokládat, ţe nanotextilie pomalu začínají nacházet uplatn ní i p i filtraci kapalin, čemuţ sv dčí i zvýšená odborná publikační činnost v posledních letech. Po konzultaci s dalšími odborníky byla zam ena část této práce na experimentální ov ení vyuţití nanotextilií pro úpravu vody, potaţmo kapalin obecn . Pro experimentální ov ování byla navrţena metodika porovnávání vlastností nanotextilních materiál a filtrační za ízení.

5.1.1 EXPERIMENTÁLNÍ FILTRůČNÍ Zů

ÍZENÍ ů P ÍPRůVů VZORK

Pro první experimentální posuzování vlastností nanotextilních materiál

bylo pro

filtraci pouţito pouze dostupné laboratorní vybavení. Zpočátku se provád ly experimenty filtrace s pouţitím Saitzovy nálevky a vodní výv vy. Toto vybavení však nebylo vhodné, jelikoţ bylo obtíţné zaručit sterilitu p i filtraci, t snost za ízení, nebylo moţno m it podtlak a objem nálevky byl nedostačující. První výsledky tedy byly značn zkresleny nedostatečným vybavením (nejsou uvedeny v této práci). Proto byla pro účely 57

experimentální verifikace filtračních parametr

jednotlivých nanotextilních materiál

navrţena a sestrojena speciální filtrační aparatura. P i konstrukci byl kladen d raz na snadnou modifikovatelnost za ízení – moţnost dalších úprav podle poţadavk plynoucích z filtrovaného média, snadnou obsluhu a regulaci vstupních parametr , odolnost za ízení v či chemicky agresivnímu prost edí, mechanickou stabilitu, snadnou údrţbu a sterilizaci funkčních částí. Za ízení bylo konstruováno pro filtraci kapalin – voda, olej, nápoje, kapalné zem d lské produkty apod. Materiál a technologie výroby Na základ t chto poţadavk byl zvolen materiál pro výrobu jednotlivých komponent nerezová ocel ČSN 17240, která bývá pouţívána pro výrobu nádrţí a potrubí v potraviná ském pr myslu. Tento materiál zaručuje dostatečnou chemickou, tepelnou i mechanickou odolnost. Jednotlivé části za ízení byly sestavovány z b ţných sériov vyráb ných díl , polotovar , regulačních a m ících prvk . Součásti byly spojovány šroubením, ut sn ny teflonovou t snící páskou, sloţit jší části sva ovány technologií TIG (titan inert gas – sva ování titanovou elektrodou pod inertním plynem).

Konstrukce Základem filtračního za ízení je tlaková nádrţ pr m ru Ř0 mm, která je mechanicky p ipevn na do robustního drţáku (Obr. 16). Ve vrchní části nádrţe je umístn na p íruba s nálevkou o pr m ru 20 mm a kulovým ventilem (Obr. 17). P íruba je p ipevn na k nádrţi osmi šrouby, které zaručují dostatečný svorný tlak na gumové t sn ní a umoţ ují snadnou demontáţ p i čišt ní za ízení. Z boční strany je p ivedeno potrubí tlakového vzduchu o pr m ru 15 mm. P ívod tlakového vzduchu je opat en snímačem tlaku, zp tnou klapkou, regulačním ventilem, filtrem vzduchu a koncovkou rychlospojky. Zde je moţno p ivést tlakový vzduch z tlakové láhve nebo z rozvodu tlakového vzduchu. Za ízení umoţ uje pouţití i dalších plyn neţ tlakového vzduchu, nap . inertní plyny, dusík, oxid uhličitý apod. Ve spodní části za ízení se nachází vypoušt cí potrubí, p ípojka na snímač tlaku (moţnost p ipojení na PC), vypoušt cí ventil, a drţák filtračního materiálu.

58

Obr. 16: Filtrační za ízení (skutečné provedení/náčrt s popisem)

Obr. 17: Detail uzav ení tlakové nádrže a regulace tlaku

59

Drţák nanotextilie se skládá ze dvou p írub pr m ru 4Ř mm, mezi n ţ je vkládán filtrační materiál kruhového pr ezu stejného rozm ru a t sn ní. Ve spodním díle drţáku je osazena podp rná ocelová, vysoce pórovitá podloţka, která zabra uje protrţení testovaného materiálu p i zanesení nanotextilie, nebo p i p ekročení max. tlaku. Dva hlavní díly drţáku jsou spojeny maticí a ut sn ny silikonovým t sn ním. Spodní díl drţáku je odnímatelný pro sterilizaci. Koncových nástavc byla vyrobena série Ř kus , aby pro kaţdý vzorek mohl být pouţit jeden sterilní drţák a nedošlo ke kontaminaci vzorku na výstupu. Systém upnutí sloţení drţáku je zobrazen na Obr. 18.

Obr. 18: Držák nanotextilie

Technické parametry Za ízení je dimenzováno na p etlak do 2,5 Bar, p i pouţití barometru o vyšším rozsahu moţno navýšit (p edpoklad do 10 Bar). Za ízení je moţno osadit p esn jším senzorem tlaku – p ipraveno šroubení na odtoku nad vypoušt cím ventilem, moţnost p ipojení na PC. Objem tlakové nádoby je cca 1,Ř litru (moţnost modifikace p ipojením p ívodu kapaliny na napoušt cí ventil – konstantní p ítok média). P íprava vzork z nanotextilních materiál Z rolí nanotextilních materiál byly razidlem (Obr. 19) vlastní konstrukce vyraţeny vzorky kruhového pr ezu o pr m ru 4Ř mm. Razidlo se skládá z drţáku a vym nitelného razícího nástavce. Vyráţení vylo provedeno pomocí gumové palice. Jako podklad pro vyráţení byla pouţita silonová plastová podloţka. 60

Obr. 19: P íprava vzork z nanotextilie

5.1.2 ÚVOD - ODSTRůN

NÍ MIKROBIOLOGICKÉHO ZNEČIŠT NÍ Z VODY

Voda je jedním ze základních podmínek pro ţivot na Zemi. D sledkem rostoucí lidské populace, zvyšujícího se znečišt ní zdroj

vody a moţných klimatických zm n, které

mohou znehodnotit či zničit zdroje vody, se v brzké dob m ţe stát zejména kvalitní pitná voda nedostatkovým zboţím. Jiţ dnes není v n kterých rozvojových oblastech pitná voda b ţn dostupná. Odhady Sv tové zdravotnické organizace (WHO) hovo í zhruba o 1,2 miliardy lidí, kte í nemají p ístup k čisté pitné vod . Ročn zem ou dva miliony lidí na následky nemocí z kontaminované vody, v tšinou se jedná o d ti a staré lidi. Nejv tší problém p edstavují ve znečišt né vod bakterie a viry, které zp sobují i závaţné zdravotní problémy, jejichţ d sledkem m ţe být i smrt. Pro odstran ní mikrobiologického znečišt ní z vody lze pouţít celá ada konvenčních zp sob úpravy jako nap íklad membránová separace, ozonizace, pouţití peroxidu chloru nebo UV zá ení. Nové produktivní technologie elektrostatického zvlák ování polymerních nanovláken poskytují zdroj nových materiál potenciál

být

alternativou

či

dopln ním

se specifickými vlastnostmi, které mají současných

technologií

odstra ování

mikrobiologického znečišt ní. Velikosti bakterií se pohybují v rozmezí 1-6µm, velikost pór netkané nanovlákenné struktury se pohybuje v desítkách a stovkách nanometr . Tyto rozdíly velikosti rozm r

predikují schopnost nanotextilií zachytit mikrobiologické

znečišt ní a další nečistoty. Ov ením t chto p edpoklad experimentálním m ením se zabývá následující kapitola.

61

5.1.3 EXPERIMENTÁLNÍ ODSTRůN NÍ E. COLI – MODELOVÉ ZNEČIŠT NÍ

ZNEČIŠT NÍ

BAKTERIEMI

Pro vyhodnocení optimálních filtračních vlastností nanotextilních materiál vhodných k odstran ní bakterií z kapaliny bylo vyuţito modelového znečišt ní vody. Experimenty byly provád ny se sterilní destilovanou vodou um le znečišt nou bakteriemi E. coli.

5.1.3.1 Materiál a metodika Materiál Pro

experiment

byly

pouţity

nanotextilní

materiály

vyrobené

metodou

elektrospinningu s r znými pr m ry vláken a plošnou hmotností reprezentující tlouš ku vrstvy nanovláken. Pouţité materiály jsou uvedeny v Tab. 5 (v tabulce jsou uvedeny pouze materiály, u kterých byl proveden dostatečný počet m ení, pro statistické zpracování). Vzorek nanotextilie m l kruhový tvar pr m ru 4Ř mm. Upnutím vzorku nanotextilie do drţáku se funkční část zmenšila na pr m r 3Ř mm, coţ odpovídá ploše 1134 mm 2 (11,34 dm2). Sterilizace nanotextilie byla provedena UV zá ením po dobu 4 hodin.

Tab. 5: P ehled použitých materiál – filtrace modelového znečišt ní vody

O

P

N

P 2

]/

rozsah [nm] 109 F1N ZV245 58C M60 73 FABC ZV 235 73FABC M140 74 1A M60+ZV 74/1A M60 74/1A M60+PESV 94ABC ZV120 94ABC ZV210 97 FABC ZV240 97FA

155 161 111 97 144 133 147 124 162 104 104

0,425 1,4 0,82 1,29 1,6 1,6 2,5 1,42 1,36 0,98 0,98

ｷ ﾆﾙ ; spunbond ｷ ﾆﾙ ; spunbond ｷ ﾆﾙ ; spunbond ｷ ﾆﾙ ; ｷ ﾆﾙ ; viskﾙ ; ｷ ﾆﾙ ; ｷ ﾆﾙ ;

62

Modelové mikrobiální znečišt ní Pro simulaci bakteriálního znečišt ní byly pouţity bakterie Escherichia coli CCM 2024. Tyto bakterie jsou jedním z hlavních indikátor fekálního znečišt ní vody. Obsah t chto mikroorganism ve vodách je obzvlášt sledován, protoţe mohou zp sobit váţné zdravotní problémy. Morfologie bakterií E. coli je znázorn na na Obr. 20.

Obr. 20: Bakterie Escherichia coli [117]

Velikost bakterie: Escherichia coli: rozm ry bakterie 1,1–1,5 x 2-6 m [118] Ţivná média: Ţivný bujón č. 2 (Imuna, Šarišské Micha any) Endo – agar (Merck, Germany) pro stanovení Escherichia coli.

Metodika Sterilní bujón byl inokulován E. coli. Po 24 hodinové kultivaci p i 37 °C bylo 10 ml kultury inokulováno do 1000 ml sterilní destilované vody. Tento roztok byl vpraven do sterilního filtračního za ízení (viz Obr. 16) napoušt cím otvorem v horní části za ízení. Napoušt cím ventilem tlakového vzduchu byl p iveden tlakový vzduch. Pomocí regulačního ventilu byl nastaven na manometru p etlak 10 5 Pa. Nanotextilní materiál na 63

nosném médiu byl upnut do drţáku. Vypoušt cím ventilem ve spodní části za ízení byla kapalina p ivedena na filtr a po filtraci 100 ml filtrátu byl vypoušt cí ventil uzav en. Pro orientační výpočet pr toku p es filtr byl zaznamenáván čas filtrace.

P efiltrované i

nep efiltrované médium bylo podrobeno mikrobiologickému rozboru na p ítomnost E. coli. Po p íprav desetinného ed ní vzork byl vţdy 1 ml p íslušného ed ní inokulován do sterilní Petriho misky a zalit ţivným médiem. Jako ţivné médium byl pouţit Endo – agar (Merck, Germany), vzorky byly poté inkubovány 72 h p i 37°C. Po uplynutí doby kultivace byly na miskách odečteny narostlé kolonie E. coli a stanoven počet bakterií v KTJ/ml. Pro kaţdý vzorek p efiltrované vody byly provedeny dva mikrobiologické rozbory dle metodiky.

64

5.1.3.2 Výsledky experimentálního m ení a analýz

Tab. 6: Výsledky rozbor a účinnosti filtrace N N

Č filtrace 100 ml roztoku [s] 2,92 3,14 3,61 6,5 4 1,51 4,76 12,41 10,62 16,15 15,82 27,13 9,83 12,13 14,4 78 11,66 23,68 70 30,7 18,45 10,69 58 13,2 13,75 50 26,75

P

P po filtraci [KTJ/ml]

Ú filtrace

39 214 37 832 524 727 318 390 227 6 025 000 8 909 167 091 86 727 31 818 153 636 182 182 406 091 100 46 455 7 773 6 909 4 000 69 682 65 268 177 091 97 909 18 364 3 136 1 648 000 29 545

filtraci [KTJ/ml] 121 364 121 364 2 655 000 121 364 2 655 000 43 772 727 121 364 2 655 000 8 772 727 1 377 273 1 377 273 2 655 000 8 772 727 121 364 2 655 000 43 772 727 1 377 273 1 377 273 43 772 727 1 700 000 1 377 273 2 655 000 43 772 727 8 772 727 8 772 727 43 772 727 1 377 273

67,6889 68,8277 80,2363 99,7380 85,3022 86,2357 92,6593 93,7066 99,0114 97,6898 88,8449 93,1382 95,3710 99,9176 98,2503 99,9822 99,4984 99,7096 99,8408 99,9962 99,9805 93,3299 99,7763 99,7907 99,9643 96,2351 97,8548

12,98

220 455

8 772 727

97,4870

94ABC ZV210 / viscosa

55 19,48

500 000 7 155

43 772 727 1 377 273

98,8577 99,4805

34,49

84 864

2 655 000

96,8036

97 FABC ZV240 / viscosa

11,25 22,25

37 273 9 318

1 377 273 2 655 000

97,2937 97,6122

8,49

403 136

8 772 727

95,4047

97FA / viscosa

77 8,12 10,28

203 545 2 136 17 591

43 772 727 121 364 1 700 000

99,5350 98,2400 98,9652

109 F1N ZV245 / viscosa 58C M60 / spunbond 73 FABC ZV 235 / viscosa 73FABC M140 / spunbond 74 1A M60+ZV / viscosa 74/1A M60 / spunbond

74/1A M60+PESV / viscosa

94ABC ZV120 / viscosa

P [%] 72,2510

90,4253

95,7668

92,4513

99,4121

99,8489

98,5683

97,1923

98,3806

96,7702

98,9134

65

Na vybraných vzorcích nanotextilií byl proveden rozbor pomocí snímkování na rastrovacím elektronovém mikroskopu PHILIPS XL30, (Obr. 21–26)

Obr. 21: Snímek vzorku materiálu 109 F1N ZV245 po filtraci zv tšeno 2000x

Obr 22: Snímek vzorku materiálu 109 F1N ZV245 po filtraci zv tšeno 5000x

66

Obr. 23: Snímek vzorku materiálu 58C M60 po filtraci zv tšeno 2000x

Obr. 24: Snímek vzorku materiálu 58C M60 po filtraci zv tšeno 4000x

67

Obr. 25: Snímek vzorku materiálu 74 1A M60+ZV po filtraci zv tšeno 2000x

Obr. 26: Snímek vzorku materiálu 74 1A M60+ZV po filtraci zv tšeno 4000x

68

5.1.3.3 Vyhodnocení Zkoumané materiály vykazovaly pom rn velkou filtrační účinnost. Účinnost filtrace se pohybovala od 72,3 – 99,8 %. Teoretické p edpoklady experimentu vycházející z rozm r pór v nanotextilním materiálu a rozm r bakterií E. coli nebyly potvrzeny. Část bakterií vţdy pronikla strukturou nanotextilie. Z nam ených hodnot je také patrné, ţe účinnost filtrace je závislá na počátečních hodnotách mikrobiálního znečišt ní. V p ípad vyšších hodnot kontaminace je účinnost niţší. Domníváme se, ţe p i v tších koncentracích z ejm dochází k protlačování, posunu bakterií strukturou filtru. Nejlepší filtrační účinnost byla zaznamenána p i pouţití materiál pod označením 74/1A M60, 74 1A M60+ZV a 74/1A M60+PESV, kde účinnost filtrace byla p es řŘ%. Rychlost filtrace však byla oproti jiným materiál m výrazn menší, coţ lze p isuzovat jemn jší struktu e nanotextilie. Pro vizuální zhodnocení stavu filtru po experimentu bylo provedeno na pracovišti VUT v Brn snímkování bakteriáln znečišt né nanotextilie (Obr. 21–26) na rastrovacím elektronovém mikroskopu (Philips XL-30). Na snímcích jsou patrné vrstvy bakterií pokrývající povrch nanotextilie. Ze snímku, kde není nanotextilie zcela pokryta vrstvou bakterií (Obr. 24), lze pozorovat pr nik n kterých bakterií do struktury nanotextilie. V p ípad natočení, pop . deformace bakterie a zárove

optimálního

p i výskytu slabší nebo nedostatečn

zesí ované vrstvy nanovláken za současného p sobení vyššího tlaku je pravd podobn moţný pr nik bakterie strukturou filtru. Oproti filtraci vzduchu, zde hraje zajisté velkou roli proud ní kapaliny, která unáší bakterie slabšími místy vrstvy nanovláken. Tyto experimentální výsledky vypovídající o filtračních schopnostech pouţitých materiál predikují moţnosti vyuţití nanotextilií k filtraci kapalin, záchyt bakterií však není 100%, coţ vylučuje pouţití pro p ípravu pitné vody. Filtrační schopnosti však mohou být dostatečné pro úpravu vody ke koupání, či zavlaţování. Na základ experimentálních dat byly vybrány vhodné materiály, potenciáln vyuţitelné pro úpravu uţitkové vody. S t mito materiály byly provedeny experimenty s filtrací vody s reálným mikrobiálním znečišt ním. Tyto experimenty jsou popsány v následující kapitole.

69

5.1.4 EXPERIMENTÁLNÍ ODSTRůN NÍ BůKTERIÁLNÍHO ZNEČIŠT VZORK VOD Nů ODTOKU Z ČOV – REÁLNÉ ZNEČIŠT NÍ

NÍ ZE

V dalším experimentu byly pouţity vzorky z odtoku vody ze t í r zných čistíren odpadních vod. Tato voda je jiţ zbavena nejv tšího mnoţství nečistot b ţnými technologiemi na ČOV. Voda však stále obsahuje mikrobiologické znečišt ní, díky kterému je limitováno další vyuţívání vody nap . pro zavlaţování, koupání apod. Experimentální výsledky filtrace takto znečišt né vody pomocí nanotextilních materiál , poskytují podklady pro diskuzi o moţnostech vyuţití nanotextilií k úprav vody z odtoku čistíren odpadních vod a moţnostech vyuţití recyklované odpadní vody. Recyklace odpadní vody p ináší ekonomické i ekologické aspekty. Pouţití recyklované vody je však podmín no spln ním legislativních a hygienických norem a p edpis . Klíčovým parametrem je obsah mikrobiologického znečišt ní, které by mohlo být zdrojem zdravotních potíţí uţivatel . Dle obsahu mikrobiologického znečišt ní je voda za azena do recyklačního stupn čistoty, na jehoţ základ lze rozhodnout o dalším vyuţití recyklované vody (vody určené pro závlahu, koupání, apod.)

5.1.4.1 Materiál a metodika Materiál Na základ

p edchozích experiment

s modelovým znečišt ním vody bakteriemi

E. coli, byl vybrán materiál s označením 74/1A M60+PESV z polyuretanu o pr m rné velikosti pr m ru nanovláken 147 nm, a plošné hmotnosti 2,5 g/m2. Vrstva nanovláken byla nanesena na podkladním materiálu z viskózy.

Metodika Pro experimentální vyhodnocení odstran ní mikrobiologického znečišt ní pomocí nanotextilních materiál byly pouţity t i vzorky vody z odtoku čistíren odpadních vod. Jednotlivé vzorky byly vpraveny do filtračního za ízení (viz kapitola 5.1.1) napoušt cím otvorem v horní části za ízení. Napoušt cím ventilem tlakového vzduchu byl p iveden tlakový vzduch, pomocí regulačního ventilu byl nastaven na manometru p etlak 105 Pa. Nanotextilní materiál na nosném médiu byl upnut do drţáku. Vypoušt cím ventilem ve spodní části za ízení byla kapalina p ivedena na filtr a po filtraci 100 ml filtrátu byl 70

vypoušt cí ventil uzav en. Pro orientační výpočet pr toku p es filtr byl zaznamenáván čas filtrace. Filtrační kolona byla po kaţdém vzorku vypláchnuta, vyčišt na čisticím prost edkem, sterilizována roztokem lihu a vypláchnuta sterilní vodou. Po filtraci byl ve zkoumaných vzorcích vody zjišt n rozsah mikrobiologického znečišt ní p ed a po filtraci. U vzork byly analyzovány počty kolonie tvo ících jednotek v mililitru vody (KTJ/ml), sledovaných dle následujících norem. Výskyt koliformních bakterií a bakterie Escherichia coli byl analyzován dle metodiky ČSN EN ISO 9308-1 [119], vyčíslení kultivovatelných mikroorganism

- počet kolonií p i 22 resp. 37°C

probíhal s vyuţitím metodiky ČSN EN ISO 6222 [120]. Rozbor termotolerantních koliformních bakterií byl provád n na mFC agaru (Merck, Germany) p i 44 °C za 24 h, enterokoky na Slanetz-Bartley agaru (Merck, Germany) p i 37 °C za 72 h, E. coli na ENDO agaru (Merck, Germany) p i 37 °C za 72 h, mikroorganismy kultivovatelné p i 22 a 36 °C na Tryptone Yeast Extract Agar (Scharlau, Spain) p i 22 resp. 36 °C za 72 resp. 4Ř h. Ze vzork odpadních vod p ed filtrací a po filtraci byly p ipraveny ady dekadického ed ní.

Pro stanovení termotolerantních

koliformních bakterií, enterokok a E. coli byl 0,1 ml základního vzorku nebo p íslušného ed ní pipetován na Petriho misky s p íslušnou ţivnou p dou a rozet en sterilní sklen nou tyčinkou. Pro stanovení kultivovatelných mikroorganism

p i 22 a 36 °C byl 1 ml

základního vzorku nebo p íslušného ed ní pipetován na Petriho misky a zalit ţivnou p dou. Misky pak byly inkubovány v termostatu dnem vzh ru p i výše uvedených teplotách a po uvedenou dobu. Narostlé charakteristické kolonie byly spočítány a výsledek byl vykázán v KTJ/ml (CFU/ml). Pro kaţdý vzorek byla provedena 3 m ení, pro kaţdé m ení byly provedeny rozbory s 3 opakováními. Hodnoty z m ení byly statisticky zpracovány. Výsledky jsou zpracovány v Tab. 7 – 12, snímky mikrobiologických rozbor na Obr. 27 –31.

71

5.1.4.2 Výsledky experimentálního m ení a analýz

Tab. 7: Výsledky mikrobiologického rozboru na termotolerantní coliformy Termotolerantní E. coli Označení Označení lokality vzorku

A

B

C

p ed filtrací 1a 1b 1c p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

0

10,41 8,65 8,99

100 100 100

100

0

12,83 11,35 11,15

100 100 100

100

1339,667

1004 1131 1275

99,99541 97,48146 98,83032

98,76906

228 0 0 0 107 0 0 0 108833 5 2741 1273

Obr. 27: Mikrobiologický rozbor na termotolerantní coliformy

72

Tab. 8: Výsledky mikrobiologického rozboru na p ítomnost E.coli E. coli Označení lokality

A

B

C

Označení vzorku

p ed filtrací 1a 1b 1c p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

0

10,41 8,65 8,99

100 100 100

100

0

12,83 11,35 11,15

100 100 100

100

4455

1004 1131 1275

99,99109 97,38661 94,68414

97,35395

197 0 0 0 90 0 0 0 168364 15 4400 8950

Obr. 28: Mikrobiologický rozbor E. coli

73

Tab. 9: Výsledky mikrobiologického rozboru na p ítomnost ostatních koliformních bakterií Ostatní koliformní bakterie Označení Označení lokality vzorku

A

B

C

p ed filtrací 1a 1b 1c p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

9,333333

10,41 8,65 8,99

95,33333 100 100

98,44444

0

12,83 11,35 11,15

100 100 100

100

1004 1131

100 77,08524 97,25023

91,44516

600 28 0 0 250 0 0 0 5455 0 1250 150

466,6667

74

Tab. 10: Výsledky mikrobiologického rozboru na p ítomnost intest. enterokok Intest. enterokoky Označení lokality

Označení vzorku

A

p ed filtrací 1a 1b 1c

B

C

p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

0

10,41 8,65 8,99

100 100 100

100

23,33333

12,83 11,35 11,15

99,16208 100 100

99,72069

63,66667

1004 1131 1275

100 97,25765 96,65179

97,96981

70 0 0 0 8354 70 0 0 3136 0 86 105

Obr. 29: Mikrobiologický rozbor na Intest. enterokoky

75

Tab. 11: Výsledky mikrobiologického rozboru počtu mikroorganism p i 22 °C Mikroorganismy p i 22 °C Označení lokality

A

B

C

Označení vzorku

p ed filtrací 1a 1b 1c p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

564,6667

10,41 8,65 8,99

99,99932 99,61809 99,99589

99,8711

771

12,83 11,35 11,15

99,99869 99,99852 99,62276

99,87332

11771

1004 1131 1275

99,91639 98,59456 93,4217

97,31088

438067 3 1673 18 608636 8 9 2296 437727 366 6152 28795

Obr. 30: Mikrobiologický rozbor na organismy p i 22˚C

76

Tab. 12: Výsledky mikrobiologického rozboru počtu mikroorganism p i 36 °C Mikroorganismy p i 36 °C Označení lokality

A

B

C

Označení vzorku

p ed filtrací 1a 1b 1c p ed filtrací 2a 2b 2c p ed filtrací 3a 3b 3c

Počet bakterií [KTJ/ml]

Pr m rný počet bakterií [KTJ/ml]

Čas filtrace [s]

Účinnost filtrace [%]

Pr m rná účinnost filtrace [%]

10,41 8,65 8,99

99,99953 99,59976 99,98031

99,85987

12,83 11,35 11,15

99,99981 99,99981 99,97068

99,9901

1004 1131 1275

99,962 98,52415 95,22728

97,90447

421500 2 1687 83

590,6667

4157640 8 8 1219

411,6667

478909 182 7068 22857

10035,67

Obr. 31: Mikrobiologický rozbor na organismy p i 36˚C

77

5.1.4.3 Vyhodnocení Výsledky mikrobiologického rozboru byly porovnány s limity dle sm rnice 2006/7/ES [121] o ízení jakosti vod ke koupání, imisními standardy pro uţívání vody pro vodárenské účely (dle §31 zákona 254/2001 o vodách [122]) a vody určené ke koupání (dle §34 zákona 254/2001 Sb. o vodách [122]) na ízení vlády 61/2003 Sb. [123], s poţadavky na kvalitu a jakost vod určených k lidské spot eb specifikované sm rnicí 98/83/ES [124], vyhláškou 252/04 Sb. [125] stanovující hygienické poţadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody a poţadavky na jakost vody určené pro závlahu upravené normou ČSN 757143 [126]. Odpadní voda z odtoku čistírny odpadních vod p ed filtrací vzorky A a B byly relativn čisté, a spl ovaly parametry dle na ízení vlády 23/2011 § 34 vody určené ke koupání, a hodnoty bakteriálního znečišt ní vzorku A byly také pod hodnotou pr m rné kvality ţivotního prost edí. Po filtraci vzorky A a B odpovídaly parametr m dle na ízení vlády 23/2011 § 31 – pro uţívání vody pro vodárenské účely a § 34 vody určené ke koupání, a byly pod pr m rnou hodnotou standardu kvality ţivotního prost edí. Hodnoty bakteriálního znečišt ní vzorku A spl ují podmínky pouţití recyklované vody k zavlaţování, vzorek B vhodný k zavlaţování p i spln ní dalších podmínek dle normy ČSN 757143. Hodnoty mikrobiologického znečišt ní vzorku C dosahovaly p ed i po filtraci vysokých hodnot a nespl ovaly hodnoty pro vyuţití pro recyklaci vody v ţádném ze sledovaných parametr .

5.2 DůLŠÍ EXPERIMENTÁLNÍ FILTRACE Na navrţeném filtračním za ízení (popsaném v kapitole 5.1.1.) byly provedeny i další experimenty s filtrací kapalin. Filtrace piva – odstran ní zákalu, a filtrace medoviny – odstran ní zákalu a kvasinek. Vzhledem k termínu odevzdání této práce, nebyly výsledky zpracovány a uvedeny v této práci. Ve fázi p íprav je také experimentální filtrace mléka, která má ov it moţnosti vyuţití filtrace nanotextilií pro odstran ní mikroorganism , a vliv filtrace na sníţení obsahu tuk .

78

5.3 OBůLOVÉ MůTERIÁLY 5.3.1 PODSTůTů OBůL Oblast potraviná ství je perspektivním oborem pro vyuţití nanotechnologií. Jak bylo uvedeno v kapitole 3.6.6.2, p ední sv toví producenti potraviná ských produkt investují do vývoje nanotechnologií, které by se mohly uplatnit v oblasti úpravy, konzervace a obal potravin. Nanotextilie z organických a biopolymerních vláken nabízejí další potenciál pro aplikaci. Vlastnosti nanotextilie, které byly ov eny p i filtraci vzduchu – schopnost zachytit velmi malé částice a zárove propoušt t plyny, by mohly být vyuţity k výrob speciálních obalových materiál . Existuje ada potravin, které mají specifické nároky na podmínky, p i kterých jsou uskladn ny. Nap . ochrana proti vniku bakterií, spor m plísní a zárove umoţ ující odchod plyn , které se z potraviny uvol ují (vodní páry, apod.). Standardní materiály mnohdy nejsou schopny zajistit tyto poţadavky. Nejvíce pouţívané plastové obaly, jsou schopny hermetického odd lené potravin od ostatního prost edí, avšak neumoţ ují potravinám „dýchat―. P edpoklad potenciálního vyuţití v oblasti výroby speciálních obalových materiál byl dalším sm rem experimentálního ov ování v této práci. Cílem experiment bylo ov it fungicidní vlastnosti vybraných materiál - zda je nanotextilní materiál schopen zabránit proniknutí spor plísní do potraviny (ţivného média). Základním p edpokladem bylo, ţe jemná struktura nanotextilie neumoţní pr nik spor do ţivného média.

5.3.2 MůTERIÁL ů METODIKA Pouţité materiály V experimentu byly pouţity dva vzorky nanotextilních materiál o rozm rech 50×50 mm s následujícími parametry: Chitosan s PEO (Polyethylene oxid) (93,6%) na nosném vlákn z PP (Obr. 32) Plošná hmotnost 0,ř2 g.m2 Pr m r vláken 100-400 nm

79

Obr. 32: Nanovlákna chitosanu, zv tšeno 5000x

PA 612 na matrici z viskózy (Polyamide), (Obr. 33) Plošná hmotnost 0,70 g.m2 Pr m r vláken 100-200 nm

Obr. 33: Nanovlákna PA612, zv tšeno 5000x

80

Charakteristika materiál : Chitosan (vzniká deacetylací chitinu) je polysacharid vyskytující se u korýš . Chitosan má v či jiným neutrálním nebo záporn

nabitým polysacharid m povahu kationtu.

Chitosan je netoxický p írodní polysacharid a je kompatibilní s ţivou tkání. Nachází proto široké uplatn ní p i hojení ran, výrob um lé k ţe, konzervování potravin, v kosmetice a ošet ování odpadních vod. Hydrofilní povaha chitosanu a v d sledku toho špatné mechanické vlastnosti v p ítomnosti vody a vlhkosti omezují jeho pouţití. Na rozdíl od toho fólie chitosanu obsahující exfoliované vrstvy hydroxyapatitu jsou funkční ve vlhkém prost edí, mají dobré mechanické a bariérové vlastnosti i antimikrobiální účinky. PA612 - výchozí materiál pro výrobu polyamidu je ropa. Polyamidy jsou velmi pruţné a mají vysokou pevnost v tahu a v od ru. Pom rn nepatrné p ijímání vlhkosti zp sobuje, ţe výrobky z polyamidu se nesráţejí, za mokra ztrácejí pom rn málo pevnosti a rychle schnou. Polyamid p ijímá tém

všechny druhy textilních barviv. Nevýhodou je malá

odolnost proti vliv m sv tla a pov trnosti (ţloutnutí) a snadné nabíjení statickou elekt inou.

Metodika Metodika vychází z normy ČSN EN ISO Ř46 Plasty – Hodnocení p sobení mikroorganism . Zkouška zahrnuje vystavení zkušebních t les účinku vybraných zkušebních kmen plísní po specifikovanou dobu p i specifikované teplot a vlhkosti. Na konci expozice se u zkušebních t les provádí hodnocení vzhledu. [127] Pro zkoušku odolnosti v či plísním existují dv metody, zde pouţita metoda A. Metoda ů: zkouška r stu plísní Zkušební t lesa jsou vystavena sm si spor plísní v p ítomnosti neúplného ţivného prost edí (bez zdroje uhlíku). Plíse m ţe r st pouze na úkor materiálu. Pokud zkušební t lesa neobsahují sloţky ţivného prost edí, nem ţe plíse vyvinout mycelium a nedochází k poškození plast . Metoda A je vhodná ke stanovení p irozené odolnosti plast v či p sobení plísní bez p ítomnosti jiné organické hmoty. [127] Pro zkoušky byly pouţity kultury plísní dle Tab. 13. 81

Tab. 13: Kmeny použitých plísní

N

Kmen

Aspergillus niger

CCM 8155

Chaetomium globosum

CCM 8156

Penicillium funiculosum

CCMF-161

Paecilomyces variotii

CCMF-566

Gliocladium virens

CCM 8042

Ţivné prost edí: Chloramphenicol Agar Sloţení roztoku g/l v destilované vod : Extrakt z kvasnic Glukóza Chloramfenikol Agar

5,0 20,0 0,1 15,0

Inkubace Zkušební t lesa byla inkubována 4 týdny v prost edí o teplot 2ř°C

a relativní

vlhkosti 95%.

5.3.3 VÝSLEDKY Po čty ech týdnech v inkubační komo e bylo provedeno vyhodnocení daných vzork . Hodnocení bylo provedeno vizuáln

podle normy ČSN EN ISO Ř46 [127]. Na

nanotextiliích byly patrné kolonie plísní pouhým okem. Odolnost materiálu proti r stu plísní byla ohodnocena stupn m 3 z p tistup ové stupnice, p ičemţ 5 stupe je nejhorší odolnost. Na vzorku s vrstvou chitosanu byl po 4 týdnech inkubace pozorován mírn lepší výsledek, avšak po inkubační dob 5-ti týdn vzorek plíse zcela obalila a oproti PA612 byl výsledek horší (Obr. 34, 35). Porovnávací vzorky, pod kterými nebylo ţivné prost edí, nevykázaly ţádné zm ny.

82

Obr. 34: Vzorky po 4 týdnech inkubace, vlevo s vrstvou chitosanu, vpravo PA 612

Obr. 35: Vzorky po 5 týdnech inkubace, vlevo s vrstvou chitosanu, vpravo PA 612

5.3.4 VYHODNOCENÍ Výsledky testu jsou do jisté míry p ekvapující. Bylo p edpokládáno, ţe póry mezi nanovlákny jsou tak malé, ţe zabrání pr niku sporu plísn , navíc u chitosanu byla očekávána fungicidní aktivita. Pouţité vzorky z textilií nebyly nikterak speciáln upravovány proti plísním. Vyvstává otázka, zda by úprava vrstvy nanovláken, neprokázala lepší výsledky. Variant se naskytuje 83

hned n kolik. Modifikovat vrstvu nanotextilie - zv tšení vrstvy, pouţití menších pr m r nanovláken, pouţít jiné polymery. Další moţností je napustit nanotextilii fungicidní látkou, která by zabra ovala r stu plísní na nanotextilií. V současnosti jsou pouţívány zejména částice st íbra, které vykazují vysokou antibakteriální a fungicidní účinnost. Podstata antimikrobiálních účink st íbra však není doposud zcela vyjasn na a nejsou doposud známé studie hodnocení dlouhodobých účink na zdraví a p írodní prost edí. Na základ provedených experiment nebyl vyhodnocen ţádny z pouţitých materiál jako vhodný obal proti r stu plísní na potravinách. Nelze však vyloučit existenci vhodných materiál z nanovláken pouţitelných pro výrobu fungicidních obal

potravin. V současnosti je

vyvíjena ada modifikovaných vláken, z kterých se mohou v budoucnu vyráb t vhodné obalové materiály. Výzkum pouţití nanovláken v této disertační práci, se na základ výsledk , které nepotvrzovaly teoretické p edpoklady, a vzhledem k nedostupnosti modifikovaných materiál vhodn jších pro aplikaci v obalové technice, zam il na výzkum v dalších oblastech aplikace.

84

5.4 OŠET ENÍ PORůN NÍ STROM V rámci experimentálních vyuţití nanotextilií byl proveden pilotní pokus zkoumající p sobení nanotextilních materiál na poran ní rostlin. Jak bylo uvedeno v kapitole 3.6.2. nanovlákna jsou jiţ pouţívána v léka ství pro ošet ení poran ní k ţe a v tká ovém inţenýrství. Nanotextilie, díky své jemné struktu e, poskytují vhodné podmínky pro hojení ran, odvád ní neţádoucích tekutin, zabrán ní vniknutí infekce a další. Tyto aplikace z oblasti léka ství byly motivací pro experiment s pouţitím nanotextilií na poran ní ezných ran rostlin. Struktura nanotextilie by mohla zabránit vniknutí spor plísní do rány, pop . částečn nahradit jemnou strukturu p erušené vrstvy k ry a urychlit hojení poran ní. Ve spolupráci s odbornými pracovníky z Ústavu nauky o d ev , Lesnické a d eva ské fakulty Mendelovy univerzity v Brn , byly vybrány d eviny, provedeno poran ní, ošet ení poran ní, monitorováno hojení ran, odb r vzork

a vyhodnocení anatomie zárostu

poran ní. Tento pilotní projekt je popsán v následujících kapitolách.

5.4.1 PROBLEMůTIKů PORůN

NÍ ROSTLIN

Rostliny jsou schopny chránit sami sebe vytvá ením obranných funkcí, vyprodukovat biologické a chemické prvky, které tvo í ochranné bariéry proti vnikání vn jších znečiš ujících element . Jsou tedy schopny vytvo it si novou ochrannou vrstvu, vyprodukovanou r stem hojivých látek. Rostliny podobn jako ţivočichové, p irozen reagují na „bolestivé― podn ty rychlou regenerací, a tak se jim vzniklá poran ní rychle hojí. Tyto jevy jsou svojí podstatou srovnatelné se sr stáním kostí a hojením koţních poran ní u ţivočich , kde se jednotlivé typy hojení, sr stání a tvorby jizev podobají proces m hojení tvarových částí rostlin. Stejn jako si člov k ošet uje poran ní na k ţi náplastí, podobný efekt má i ošet ení dermatologických poran ní u rostlin. U strom se projevují nejpodstatn jší dopady na vývin jejich kmenových částí. Kmeny strom

jsou neustále vystavovány biotickým činitel m a abiotickým faktor m, které

mohou zp sobit jejich deformace. P i nadm rném poškození t mito činiteli se objevují viditelná poran ní na povrchu kmene. Dochází tak k narušení celistvosti borky a následnému pronikání poran ní aţ do kambiální části. Tato poran ní mohou být zp sobena kalamitními situacemi abiotického charakteru (vítr, sníh, námraza, krupobití), biotického charakteru (p emnoţení kalamitních hmyzích 85

šk dc , spárkaté zv e), nebo náhodným poškozením, vyvolaným mimo ádnou situací (havárie, nevhodné pracovní postupy p i t ţb , úmyslná poškození člov kem), kdy dochází k vn jšímu mechanickému poškození. Jeden z nejčast jších projev biologických ochranných funkcí u d evin je vytvá ení zárostu. Zar stání d eva v míst poran ní je nejtypičt jší reakce d eviny na škodlivý faktor, zp sobující poran ní. V t chto p ípadech je zcela mimo ádn narušena bun čná aktivita, kdy dochází k umrtvování bun k a pletiv v oblastech kmene (xylém, floém). B hem t chto situací se nastartuje princip tvorby nových pletiv. Hlavními činiteli t chto jev jsou pletiva s hojivou funkcí – hojivá pletiva, která dopl ují odum elá pletiva d livá v kambiální části. V míst poran ní, kde se shlukují hojivá pletiva, se vytvá í val zar stajícího d eva, který se tvarov výrazn liší od b ţné morfologie kmene. Poran né místo je tak v pr b hu svého r stu zavaleno vrstvou hojivého parenchymu. V pr b hu následujícího radiálního p ír stu d eva se projevuje viditelné texturové vychýlení letokruh , které svým r stem kolem poran ní tvo í zaoblené tvary. Následn se takto vychýlené letokruhy spojí a pokračují normálním p ír stem. Zárosty mohou vznikat u všech druh d evin, ale nejpodstatn jší studie se p edevším soust edí na tvorbu zárost u d leţitých hospodá ských d evin (nap . dub, smrk, borovice, buk, lípa, javor, jasan), které po podrobné analýze mohou nabýt efektivních výsledk . Tyto studie a jejich následné poznatky, se mohou aplikovat p edevším p i péči o d eviny v m stských aglomeracích, kde se jednotlivé formy zárostu dají snadno identifikovat a ovlivnit. Zárove jsou tyto oblasti nejčast ji tímto jevem postiţeny. Jeden z moţných typ péče o tyto stromy by mohlo být pouţití nanotextilie, jenţ by m lo tyto hojivé procesy urychlit a díky svému sloţení i poskytovat rostlinám ochrannou funkci [128].

86

5.4.2 MůTERIÁL ů METODIKů 5.4.2.1 Pouţité materiály

Tab. 14: Použité materiály pro ošet ení poran ní strom R

O

P

PA 612 Tecoflex

[nm] 100-400 100-300

[g.m2] 0,7 3,3

Tecoflex

100-300

3,3

Chitosan s PEO

100-400

0,92

N spunbond b spunbond

Lokalita vzork Vzorky určené pro výzkum zárostu byly provedeny v lokalit obce Sob šice u Brna v areálu smíšeného lesa 3 km od kraje porostu, kde byl pro tento výzkum vybrán strom lípy (Tilia sp.), z kterého byly vzorky odebírány. Podle výpisu z hospodá ské knihy, jenţ je součástí lesního hospodá ského plánu Školního lesního podniku K tiny s platností 2003–2012 se lokalita nachází v lesní oblasti 30 – Drahanská vrchovina, na lesním typu 2S2 – sv ţí buková doubrava biková a na současném hospodá ském souboru 225 – účelové dubové hospodá ství na kyselých stanovištích niţších poloh se zastoupením lípy 10 %.

Popis zvoleného druhu stromu Pro experimentální pokusy s nanotextilními materiály byl zvolen strom rodu lípa (Tilia sp.) Lípy jsou typické svým statným habitem, jehoţ koruny u solitérních jedinc vytvá í pravidelné kulovité tvary. Lípa dor stá v tšinou výšek aţ kolem 30 m. Pr m rn se doţívá 200 – 300, ojedin le i 600 aţ 1000 let. V korunách se vytvá í husté silné v tve, letorosty jsou načervenalé a lysé s vejčitými aţ kulovitými hn dočervenými st ídavými pupeny. Listy mají srdčitou bázi čepele, která je po okraji pilovitá, na rubu šedozelená a chlupatá. V paţdí ţilek v blízkosti apíku vytvá í rezavé (Tilia cordata Mill.) nebo bílé chloupky (Tilia platyphyllos Scop.). Ţilnatina listu je nerovnob ţná. Kmeny mívají v mládí hladkou šedou k ru, pozd ji se k ra p etvá í v brázditou rozpraskanou černošedou borku. V bazální části kmene či v blízkosti silných v tví zmlazuje výmladky [129].

87

Doba trvání experimentu Experiment byl zahájen 27. 5. 200Ř poran ním a ošet ením kmene. Ukončen byl 16. 6. 2010 pokácením stromu a odb rem vzork . Poran ní stromu Experimentální vyvolání um lého poran ní kmene lípy bylo provedeno pomocí ostrého b itu, kterým se docílilo stejn velkých lokálních poran ní na povrchu kmene, které procházelo skrz borku, k ru, lýko, aţ do oblasti d eva.

5.4.2.2 Ošet ení poran ní

Po poran ní stromu byla pouţita metoda ošet ení se zakrýváním ran pomocí látky

nanotextilie, kdy se m lo docílit usnadn ní procesu hojení. Na jednotlivá poran ní byly p ikládány ochranné vrstvy nanotextilie z uvedených materiál , které p ekrývaly celé poran ní. Materiály byly upevn ny pomocí kancelá ské lepicí pásky. Pro srovnání účinnosti nanotextilních materiál n kolika vzork

byla experimentáln

u

pouţita místo nanotextilie kancelá ská lepicí páska, aby se zvýraznil

rozdíl prodyšnosti (viz Obr. 40). Pouţitá nanotextilie Tecoflex byla aplikována s nosným materiálem i bez n j, pro srovnání účinnosti aplikace na nosiči a bez n j. Po experimentu byly rány zar stány a zavalovány zar stajícím kambiem s hojivým parenchymem. Vývoj tvorby zár st poran ní b hem doby experimentu je zobrazen na Obr. 36–41.

88

Obr. 36: Stav ošet eného poškození stromu materiálem PA612 na začátku a na konci experimentu

Obr. 37: Stav ošet eného poškození stromu materiálem Tecoflex s nosným materiálem v pr b hu experimentu

89

Obr. 38: Stav ošet eného poškození stromu materiálem Tecoflex bez nosného materiálu v pr b hu experimentu

Obr. 39: Stav ošet eného poškození stromu materiálem Chitosan s PEO v pr b hu experimentu

90

Obr. 40: Stav ošet eného poškození stromu kancelá skou páskou v pr b hu experimentu

Obr. 41: Stav neošet eného poškození stromu v pr b hu experimentu

91

5.4.2.3 Odb r a p íprava vzork

Z ošet ených míst se na konci experimentu (cca po dvou letech) odebíraly vzorky,

které m ly svými rozm ry pln zachycovat situaci poran ní a procesu hojení. Vzorky se odebíraly z pokácených strom v podob na ezaných d ev ných kotouč kmene (viz Obr. 42), ze kterých se pak vysekl konečný vzorek se zárostem určený k preparaci. Snímky poškození kmene a ez jednotlivých poran ní jsou zobrazeny na Obr. 43 – 49.

Obr. 42: P íprava vzork – ezání, broušení, zhotovené vzorky

92

Snímky odebraných vzork

Obr. 43: Vzorek s PA612

Obr. 44: Vzorek s Tecoflex s nosným materiálem

93

Obr. 45: Vzorek s Tecoflex s bez nosného materiálu

Obr. 46: Vzorek s Tecoflex s bez nosného materiálu male poran ní

94

Obr. 47: Vzorek s Chitosan + PEO

Obr. 48: Vzorek s kancelá skou páskou

95

Obr. 49: Vzorek bez ošet ení

5.4.2.4 Metodika výroby mikroskopických preparát ze vzork d eva Po p íprav

byly vzorky p edány na odborné pracovišt

Ústavu nauky o d ev ,

Lesnické a d eva ské fakulty Mendelovy univerzity v Brn , kde byla pod odborným vedením vypracována studie anatomie zárostu, která se stala součástí bakalá ské práce [128]. Z poran ných kmen bylo odebráno 7 reprezentativních vzork z oblasti zárostu pro zhotovení trvalých preparát vzork z p íčného ezu zar stajících kambiálních částí d eva lípy (Tilia sp.) Zhotovení trvalých vzork mikro ez p edcházelo ezání na dostatečné rozm ry pro práci s mikrotronem a m kčení. M kčení vzork prob hlo v laborato i za pomoci 6–Ř denního va ení ve sklen ných ba kách za účelem dosaţení poţadovaného zm kčení pro snadné vyhotovení ez pro preparaci vzork . Po tomto procesu, kdy vzorky dosáhly pouţitelného stavu, se vloţily do plastových uzavíracích nádob napln ných 30% ethanolem, kde se takto konzervované uchovávaly aţ do následných postup výroby. Po další úprav vzork byly zhotoveny mikroskopické ezy na sá kovém mikrotronu G. S. L. 1 opat eném krájecí čepelkou. Pro výrobu mikroskopických preparát

d eva byl pouţit jako uzavírací médium

kanadský balzám, coţ je p írodní prysky ice, která se získává z jedle (Abies balsamea (L.) 96

Mill.). Postup výroby mikroskopických preparát

z mikro ez

d eva se skládal z

následujících operací: barvení, odvodn ní a uzavírání do uzavíracího média.

5.4.2.5 Po izování mikroskopických dat

B hem této operace se po izovaly jednotlivé mikroskopické snímky celých mikro ez

všech vzork . Jelikoţ objektiv pouţívané stereolupy nebyl schopen zobrazit celou plochu snímaného mikro ezu najednou, byly po izovány snímky mikro ez

postupn

po

jednotlivých na sebe navazujících sekcích. Cílem bylo co nejp esn ji opticky zaznamenat situaci v zárostové oblasti a reakci hojivého parenchymu v oblasti kambia. Pozoroval se hlavn vliv zm ny r stu d eva (r st plošných rozm r cév na p íčném ezu) na ostatní části d eva a anatomický rozdíl mezi zárostem, oblastí pod hranicí zárostu a oblastí mimo tyto oblasti. Pro po ízení celkových p ehledných snímk

byla pouţita stereolupa Leica S6D.

Mikro ez byl pomysln rozčlen n na jednotlivé ady pod sebou, po kterých se z leva doprava postupn snímkovalo. Jednotlivé snímky byly číseln označeny dle vzájemné návaznosti částí v daném vzorku (viz Obr. 50).

Obr. 50: Schéma postupu p i po izování jednotlivých mikroskopických snímk vzorku zárostu pomocí stereolupy

97

Pro analýzu rozm ru cév bylo nutné provést snímkování ez

pomocí sv telného

mikroskopu Leica DME 2000. Mikroskopovaly se všechny vyhotovené preparáty s mikro ezy. Z kaţdého vzorku byly vyrobeny aţ 4 trvalé preparáty, z kterých byl vţdy vybrán jeden reprezentativní kus pro lepší výslednou kvalitu mikroskopického zobrazení. Všech 7 označených preparát bylo postupn mikroskopováno p ímo na jednotlivých určených bodech mikro ezu, kde se sledovaly vzájemné vztahy částí zárostu. Sledovala se na kaţdém mikro ezu oblast zárostu (B), oblast pod zárostem (A) a oblast mimo tyto dv rozdílné části (C). Pro širší rozsah a v tší p esnost odpovídajících dat, se vţdy na t chto t ech mikroskopovaných oblastech sledovaly v rámci jednoho letokruhu a stejné sm rové orientace t i body, u kterých se vyhodnocovaly hodnoty nejprve zvláš a pak jako celkový výsledek rozm r cév v této oblasti, jak m ţeme vid t na Obr. 51. V kaţdé oblasti byly tedy vybrány t i body v trojúhelníkovém rozmíst ní v jednom letokruhu, které pak poskytovaly celkové údaje o ploše cév v celé oblasti.

Obr. 51: Oblasti sb ru dat a postup p i jejich získávání; A – oblast pod zárostem, B – oblast zárostu (vytvo ený dvouletý zával d eva), C – oblast mimo tato dv místa (sloužící pro porovnání)

98

5.4.2.6 M ení rozm r cév

Pomocí programu WinCELL bylo provedeno automatické m ení a analýza dat

sledovaných cév. Kaţdý vzorek obsahoval 3 m ené oblasti hodnot, které byly následn rozčlen ny na další 3 oblasti (tedy celkem ř m ených oblastí z kaţdého vzorku), z kterých se postupn získávaly hodnoty rozm r cév. Celkem bylo po ízeno ze 7 vzork a tím pádem 63 m ených oblastí 633ř hodnot zam ených cév. Tyto hodnoty se získávaly z mikroskopických snímk , které lze vid t z Obr. 52. Zjiš ovaly se konkrétn rozm ry cév v radiálním a tangenciálním sm ru (délka a ší ka cév) a celková plocha cév.

5.4.2.7 Statistické výpočty a analýza dat

Nam ené hodnoty programem WinCELL byly podrobeny analýze plošných rozm r

cév. Pracovalo se v softwarovém programu Microsoft Office Excel 2007 se statistickými výpočty a souvisejícími odpovídajícími grafy.

5.4.3 VÝSLEDKY EXPERIMENTU Na následujícím zobrazení (Obr. 52) elektronických mikroskopických snímk moţno obecn

je

vid t situaci uspo ádání cév na p íčném ezu u kmenových poran ní

ošet ených nanotextilií.

Obr. 52: Ukázka elektronického mikroskopického snímku uspo ádání cév v p íčném ezu vzorku z oblasti A – pod hranicí zárostu, B – oblast zárostu, C – v ústí závalu

U kaţdého vzorku poran ní byly vyhotoveny trvalé mikro ezy, z kterých byla čerpána data na úrovni 3 posuzovaných oblastí A, B, C. Dle jiţ zmín ného schematického postupu byly získány odb ry dat a zjišt n výsledek reakce na zar stání poran ní v souvislosti s ošet ením pouţitého nanotextilního materiálu. Pomocí jednofaktorové analýzy rozptylu – ANOVA bylo provedeno vzájemné porovnání vzork

v rámci aplikace pouţití nanotextilie. Vzorky zárostu s ošet ením

nanotextilií se porovnávaly podle hodnot plochy cév [ m2] a rozm ru cév v radiálním 99

sm ru [ m]. V následujících obrázcích lze vid t jednotlivé výstupy z analýzy rozptylu ANOVA, které vyhodnocovaly vzájemné vlivy hodnot rozm r

cév na p íčném ezu

vzorku (Obr. 53-58).

Obr. 53: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro plochu cév v oblasti A (pod oblastí zárostu) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m²]

Z grafu je patrné, jak se projevoval efekt ošet ování zárostu v závislosti na hodnot plochy cév b hem zavalování poran ní. Analýzou rozptylu pomocí ANOVY bylo zjišt no, ţe společn vzorek ošet ený nanotextilií Tecoflex bez nosného podkladu se vzorkem ošet eným páskou izolepy má mezi ostatními vzorky statisticky významný rozdíl v hodnotách ploch cév [ m2]. Stejn tak je tomu i v p ípad vzorku bez ošet ení, který rovn ţ vykazuje statisticky významný rozdíl mezi ním a ostatními vzorky. Tukey v HSD test vícenásobného porovnání odhalil skutečnost, ţe tyto t i vzorky, jak m ţeme vid t na grafu výstupu analýzy rozptylu, se výrazn liší od ostatních vzork a i mezi nimi existuje statisticky významný rozdíl. Ovšem mezi dalšími zkoumanými vzorky uţ statisticky významný rozdíl zjišt n nebyl. Celkov bylo prokázáno patrné rozp tí intervalu spolehlivosti. 100

Obr. 54: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro plochu cév v oblasti B (oblast zárostu) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m²]

V uvedeném grafu analýzy rozptylu (Obr. 54) lze jasn rozpoznat rozdíly hodnot plochy cév mezi jednotlivými ošet enými vzorky. Pomocí analýzy ANOVA byl prokázán statisticky významný rozdíl mezi vzorkem ošet eným páskou izolepy a vzorkem ošet eným Tecoflexem bez podkladové vrstvy, dále byl statisticky významný rozdíl prokázán u vzork ošet enými nanotextilií chitosan, PA612 ve vzájemném vztahu k hodnotám plochy cév vzorku ošet eném izolepou. Statisticky významný rozdíl byl zjišt n i mezi vzorkem bez podkladu a vzorkem ošet eným izolepou. Vzorek ošet ený nanotextilií chitosan taktéţ vykazoval statisticky významný rozdíl ve vztahu k hodnotám vzorku bez ošet ení. Vzorek z malého poran ní kmene se krom vzorku ošet eného izolepou statisticky odlišoval od všech vzork . U dalších p ípad však statisticky významný rozdíl prokázán nebyl (viz Obr. 49). Tukey v HSD test pak potvrdil fakt, ţe vzorek ošet ený izolepou a vzorek malého poran ní kmene se liší od ostatních hodnot zbylých vzork . Zde nebylo rozp tí intervalu spolehlivosti tolik výrazné.

101

Obr. 55: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro plochu cév v oblasti C (místo mimo oblasti zárostu a pod zárostem) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m²]

Z Obr. 55 m ţeme vid t, jak se ve výsledném grafu analýzy rozptylu zobrazují dv roviny hodnot a jeden vychylující se údaj. Vzorek ošet ený Tecoflexem s nosným podkladem, vzorek malého poran ní a vzorek ošet en PA612 si vzájemn drţí pom rn vyrovnanou hladinu svých hodnot a i mezi nimi nebyl jednofaktorovou analýzou ANOVA prokázán statisticky významný rozdíl. Vzorek ošet ený izolepou, vzorek bez ošet ení a vzorek ošet ený nanotextilií chitosan vytvá í další úrove hodnot ploch cév zachovávající si vzájemnou rovnom rnou hladinu hodnot. Z grafu je patrné, jak v rámci tohoto statistického šet ení se v oblasti C jeví vzorek ošet ený izolepou a vzorek bez ošet ení tém

jako totoţný statistický údaj. Mezi t mito zmín nými t íčlennými skupinami vzork

byl zjišt n statisticky významný rozdíl hodnot ploch cév, nicmén

konkrétn

mezi

jednotlivými vzorky navzájem (v rámci zmín ných skupin vzork ) nebyl prokázán statisticky významný rozdíl. Vzorek ošet ený nanotextilií Tecoflex bez podkladu vykazoval statisticky významný rozdíl od všech vzork . Tukeyovým HSD testem vícenásobného porovnání bylo zjišt no, ţe vzorky ošet eny izolepou, nanotextilií chitosan a vzorek bez ošet ení se liší od trojice (se statistickou 102

podobností) vzork

Tecoflex s podkladem, ošet ený PA612 a malé poran ní kmene.

Zárove se výrazn od všech vzork liší vzorek s ošet ením nanotextilií Tecoflex bez podkladu. Celkov bylo prokázáno patrné rozp tí intervalu spolehlivosti všech vzork .

Obr. 56: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro rozm r cév v radiálním sm ru v oblasti A (pod oblastí zárostu) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m]

Z Obr. 56 výsledného grafu jednofaktorového testu – ANOVA je vid t, jak si jsou vzorky se svými rozm ry cév v radiálním sm ru statisticky podobné po dvojicích. Nap . vzorek ošet en Tecoflexem bez nosného podkladu a vzorek ošet ený izolepou jsou si svými hodnotami vzájemn

statisticky podobné a nebyl ani mezi nimi prokázán statisticky

významný rozdíl. Stejn tomu tak je u dvojice vzork bez ošet ení, malé poran ní a i u dvojice vzork ošet ených nanotextilií chitosan a PA612. Mezi vzorky PA612, chitosan a vzorkem Tecoflex s nosným podkladem nebyl taktéţ zjišt n statisticky významný rozdíl. Ve vztahu všech vzork

k vzork m malého poran ní a bez ošet ení byl prokázán

statisticky významný rozdíl. Statisticky významný rozdíl byl rovn ţ prokázán i ve vztahu všech vzork

k vzork m Tecoflex bez podkladu a ošet ení izolepou. Tyto odlišnosti

potvrdil i Tukey v HSD test vícenásobného porovnání. 103

Obr. 57: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro rozm r cév v radiálním sm ru v oblasti B (oblast zárostu) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m]

Obrázek (Obr. 57) s grafem testu ANOVA poukazuje na zajímavý jev, jak ve vytvo eném závalu d eva (oblast B) se rozm ry cév v radiálním sm ru projevují u jednotlivých vzork ve srovnání se vzorkem bez ošet ení. Mezi vzorkem bez ošet ení, vzorkem ošet eným nanotextilií PA612 a vzorkem Tecoflex bez nosného podkladu nebyl zjišt n statisticky významný rozdíl. Rovn ţ ani mezi vzorky chitosan, malé poran ní kmene a Tecoflex bez podkladu tento významný statistický rozdíl potvrzen nebyl. Ovšem všechny 3 vzorky vykazují statisticky významný rozdíl od ostatních vzork

zárostu.

Rovn ţ vzorek ošet en páskou izolepy má v či ostatním hodnotám rozm r

cév v

radiálním sm ru statisticky významný rozdíl. Podle Tukeyova HSD testu vícenásobného porovnání se nejvíce od všech vzork liší práv vzorek ošet ený páskou izolepy.

104

Obr. 58: Výstup analýzy rozptylu – ANOVA pro rozm r cév v radiálním sm ru v oblasti C (mimo oblasti zárostu a pod zárostem) v rámci vzájemného porovnání vzork [ m]

Z uvedeného obrázku (Obr. 58) s výsledným grafem analýzy rozptylu – ANOVA je evidentní, ţe v oblasti C se statisticky odchylují akorát vzorek malého poran ní a Tecoflex s nosným podkladem. U t chto 2 vzork byl vzájemn zjišt n statisticky významný rozdíl a tento rozdíl vykazují i v či ostatním 5 vzork m. Skupina ostatních 5 vzork si jsou svými rozm ry cév v radiálním sm ru velmi podobné a ani mezi nimi nebyl prokázán statisticky významný rozdíl. Tukey v HSD test potvrdil skutečnost, ţe vzorek malého poran ní a vzorek Tecoflex s nosným podkladem se liší od zbylých vzork .

105

5.4.4 VYHODNOCENÍ Z výsledk je evidentní fakt, ţe sice dochází k patrnému kolísání a r stu hodnot mezi jednotlivými sekcemi vzorku zárostu, ovšem nedochází zas tak k rapidním zm nám, které by demonstrovaly systematické ovliv ování zárostu. P ihlédneme-li ale k jednotlivým statistickým údaj m a následným graf m, je snadno rozpoznatelné u v tšiny vzork , ţe v oblasti zárostu (B) jsou hodnoty rozm r cév niţší neţ v ostatních oblastech. Cévy v míst zárostu skutečn prod lávají odlišnou formu r stu, avšak jejich rozm ry výrazn nenabývají na vyšších hodnotách, nýbrţ se tyto zm ny vlivem hojivých proces projevují spíše na tvaru, textu e, struktu e cév a i na tlouš ce st n. Za pozornost ovšem ale stojí fakt, ţe analýzou rozptylu ANOVA bylo prokázáno, jak se vzorek malého poran ní kmene, vzorek ošet en nanotextilií Tecoflex bez nosného podkladu (pouze vrstvou účinných nanovláken) a vzorek ošet en páskou izolepy projevuje v rámci plošných rozm r cév statisticky významným rozdílem. Z této skutečnosti tak lze doporučit ošet ování nanovlákny Tecoflex bez nosného podkladu, které evidentn ochrannou funkci zastanou samy. Zajímavé také je, ţe mezi ošet enými vzorky nanotextilií a vzorkem bez ošet ení nejsou u v tšiny p ípad prokázány statisticky významné rozdíly analýzou rozptylu. Tomuto jevu lze p isoudit jako p íčinu argument, ţe sice dochází pomocí nanotextilie k lepšímu hojení poran ní díky zabra ování vniku neţádoucích látek z vn jšího prost edí, ale dle získaných výsledk , o tendenci zar stání d eva v tšími plošnými rozm ry cév zatím nelze hovo it. Práv probíhající proces hypertrofie se díky ochran nanotextilii projevuje odlišn neţ b ţným zp sobem. Zdali to napomáhá p ír stku v tších plošných rozm r cév v míst poran ní, je otázka. Spíše by bylo na míst i zváţit myšlenku, jestli se díky této ochran naopak nestabilizuje zar staní poran ní (hypertrofický proces) k pozvoln jšímu pr b hu, a nedojde tak ke kvalitn jšímu zacelování odum elých pletiv. Tím by se z ejm dosáhlo ke zlepšení hustoty pror stajícího hojivého parenchymu. Takto ošet ená poran ní uţ asi nejspíš nevykazují takové p íznaky, které by vyţadovaly tak rychlý zárost jako poran ní neošet ená, vystavená r zným stres m. Tím pádem se nabízí moţnost vyzdvihnout spíše ochrannou funkci nanotextilie, která zamezí vnikání záke ných choroboplodných zárodk do kmene stromu. Tímto tak m ţe napomáhat i kvalitn jšímu a pravideln jšímu zar stání.

106

Jelikoţ se jednalo o prvotní studii této problematiky, nebyla potvrzena ani vyvrácena ţádná tvrzení p edchozích výzkum . S výsledky byla tedy srovnávána pouze tvrzení o vlivu plošných rozm r cév na zavalování poran ní a na celkový efekt výsledk z hlediska pouţitelnosti v praxi. Uplatn ní principu ošet ení ran nanotextilií by mohlo být v budoucnu prosazeno v oboru arboristiky p i péči o poran né kmeny v m stských oblastech či p ím stských aglomerací v rámci mimo ádných opat ení. Jednalo by se o p edb ţnou prevenci proti znečišt ní od m stského provozu, nebo proti jiţ zmín né ranové nákaze d evokazných hub po dokončených stavebních pracích, p i kterých se provozem stavebními stroji a srovnávacími dozery poškozují kmeny okolních strom . P i této situaci, kdyby se ve v tším rozsahu poranily kmeny solitérních statných strom , by hrozilo v d sledku napadení d evokazných hub nap . d evomorem ko enovým (Ustulina deusta Hoffm.) riziko pádu stromu, jak se zrovna nedávno n kolikrát stalo. Pouţití tohoto typu ošet ení nanotextilií by se mohlo promítnout do nezbytných opat ení p i úpravách po stavebních pracích. Vrstva ochranné nanotextilie by tak zachycovala výtrusy plodnic t chto nebezpečných hub. Tento zp sob ošet ení by se práv mohl vyuţít v rámci dotovaných projekt státními fondy ţivotního prost edí na ošet ení památných strom pro udrţení jejich zdravotních stav . Další doporučená místa pro vyuţití tohoto typu ošet ení jsou aleje kolem dopravních komunikací. Jelikoţ je lípa v alejích často vysazovanou d evinou, mohl by se minimáln inovovat uţ pom rn zastaralý, ale dosud ješt pouţívaný typ ochranného opat ení proti vysychání a nákaze, a to prkenné obkládání poran ných míst kmene a poz stalých v tví, které m ţeme často spat it u silničních alejí. P i pravidelném pouţití v praxi b ţného hospodá ského provozu v lesnictví by ale bylo ošet ení nanotextilií nerentabilní aţ nepraktické. V lesnickém provozu se v tšinou p istupuje k nát r m poran ných kmen po t ţb . Spíše by tato aplikace našla uplatn ní v úpravách zvláštních forem a druh strom v parcích a zahradách. Rozbory, studie anatomie zár stu a vyhodnocení experiment bylo vyhodnoceno na pracovišti Ústavu nauky o d ev , Lesnické a d eva ské fakulty Mendelovy univerzity v Brn Markem Fajstavrem pod odborným vedením Vladimíra Gryce. Rozsáhlé informace k metodice vyhodnocení a zpracování výsledk jsou uvedeny v jeho práci [128].

107

6 DISKUZE ů SHRNUTÍ DOSůŢENÝCH VÝSLEDK Experimentální výsledky moţností pouţití nanotextilií byly v této práci rozčlen ny podle vyuţití na t i hlavní oblasti – filtrace kapalin, obalové materiály, ošet ení poran ní strom . Filtrace kapalin byla zam ena na eliminaci mikrobiálního znečišt ní z vody. V první části byly provedeny testy r zných nanotextilních materiál , p i kterých byla zjiš ována účinnost zachycení modelového mikrobiálního znečišt ní vody, reprezentovaného bakteriemi E. coli. P es vzorky, zhotovené z nanotextilních materiál , bylo filtrováno 100 ml kontaminované vody. Na základ mikrobiologického rozboru byl zjišt n počet kolonie tvo ících jednotek (bakterií) p ed a po filtraci. Po provedení ady experiment

byly

výsledky statisticky zpracovány a vyhodnoceny. Výsledky jsou uvedeny na Obr. 59.

Obr. 59: Výsledky účinnosti filtrace jednotlivých materiál

Nanotextilní materiály dosahovaly účinnosti filtrace od 72,25 - 99,84%. Teoretické p edpoklady experimentu vycházející z velikosti rozm r pór v nanotextilním materiálu a rozm r

bakterií E. coli nebyly potvrzeny. Část bakterií vţdy pronikla strukturou

nanotextilie. Nejlepší filtrační účinnost byla zaznamenána p i pouţití materiál

pod

označením 74/1A M60, 74 1A M60+ZV a 74/1A M60+PESV, kde účinnost filtrace byla 108

p es řŘ%. U vybraných vzork filtr po filtraci bylo provedeno snímkování povrchu filtru pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). Na povrchu filtru byla patrná vrstva bakterií, zcela pokrývající povrch nanotextilie. Z n kterých snímk je z ejmé (Obr. 60), ţe by bakterie mohly proniknout nepravidelnými póry struktury nanotextilie. Na obrázku lze pozorovat pr nik n kterých bakterií do vnit ní vrstvy nanovláken.

Obr. 60: Snímek vzorku materiálu 58C M60 po filtraci zv tšeno 4000x, možný prostup bakterií strukturou nanotextilie

V p ípad optimálního natočení, pop . deformace bakterie a zárove p i výskytu slabší nebo nedostatečn zesí ované vrstvy nanovláken za současného p sobení vyššího tlaku je pravd podobn moţný pr nik bakterie strukturou filtru. Na rozdíl od filtrace vzduchu, zde hraje zajisté velkou roli proud ní kapaliny, která unáší bakterie slabšími místy vrstvy nanotextilie. Analytické rozbory, popisující p íčiny pr niku bakterií nanotextilií, nebyly provedeny vzhledem k nedostatečnému vybavení laborato e univerzity. Z rozboru snímku, zobrazujícího popraskaný filtrační koláč po usušení na materiálu 74 1A M60+ZV (Obr. 55), je patrné, ţe vrstva nanovláken pod filtračním koláčem je neporušena a ţe bakterie nejsou uvnit , tj. ve struktu e materiálu. Pro vyvození definitivních záv r , by však bylo 109

pot eba provést detailn jší snímkování (kolmý ez vrstvou nanotextilie), který by potvrdil, či vyvrátil tyto domn nky.

Obr. 61: Snímek vzorku materiálu 74 1A M60+ZV po filtraci zv tšeno 8000x, popraskaný filtrační koláč, bakterie nejsou patrny uvnit struktury nanotextilie

Na základ vyhodnocení modelového znečišt ní, byla v druhé experimentální části ov ující filtrační schopnosti nanotextilií, provedena filtrace reálného mikrobiologického znečišt ní. Jako reprezentativní vzorek skutečného mikrobiologického znečišt ní byly zvoleny vzorky vody z odtoku čistírny odpadních vod. Z pouţitých materiál byl vybrán vzorek s označením 74 1A M60 + PESV na nosném médiu z viskózy. Po filtraci byl proveden mikrobiologický rozbor kvantifikující počet sledovaných patogenních organism

(Termotolerantní E. coli, E. coli, ostatní koliformní bakterie,

Intestinální enterokoky, Mikroorganismy p i 22 a 36°C) Dle výsledných hodnot mikrobiologických rozbor kvantifikujících počet sledovaných patogenních mikroorganism

bylo provedeno srovnání i s normami a vyhláškami

p edepisujícími maximální dovolené hodnoty znečišt ní vod určených k zavlaţování,

110

koupání apod. Srovnání p ípustných hodnot znečišt ní s nam enými hodnotami je uvedeno v Tab. 15-17. Tab. 15: Limity dle na ízení vlády 23/2011 - mikrobiologická jakost vyčišt ných odpadních vod pro p ípadné op tovné použití a rekultivace, srovnání s nam enými hodnotami

§31 užívání vody pro vodárenské účely

Norma kvality živ. prost edí –

§34 vody určené ke koupání

Pr m r. hodnot

maximální p ípustna hodnota

Termotolerantní coliformy [KTJ/ml]

E.coli [KTJ/ml]

Intest. enterokoky [KTJ/ml]

limit vzorek A vzorek B vzorek C

100 0 0 1340

50 0 0 4455

100 0 24 64

limit

500

200

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 24 64

limit

2100

1300

1100

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 0 4455

0 24 64

limit

4000

2500

2000

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 0 4455

0 24 64

Tab. 16: Srovnání limit dle vyhlášky 252/2004 Sb. [125] stanovující hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody s hodnotami p efiltrované vody

limit Kvalita pitné voda

vzorek A vzorek B vzorek C

teplá voda kvalita pro osobní hygienu zam stnanc

Termotolerantní coliformy [KTJ/ml]

E.coli [KTJ/ml]

Intest. enterokoky [KTJ/ml]

Mikroorg. p i 22 °C [KTJ/ml]

Mikroorg. p i 36°C [KTJ/ml]

0 (AV) 0 0 1340

0 (MAV) 0 0 4455

0 (MAV) 0 24 64

200 (AV) 565 771 11771

100 (AV) 591 412 10036

limit

0

200

vzorek A

0 0 4455

591 412 10036

vzorek B vzorek C

111

Tab. 17: Srovnání limit dle normy ČSN 757143 - požadavky na jakost vody určené pro závlahu, s hodnotami p efiltrované vody T

I1 vhodné pro zavlažování

I2 vhodné pro zavlažování za určitých podmínek

I3 není vhodné pro zavlažování

coliformy [KTJ/ml]

Intest. enterokoky [KTJ/ml]

Limit

10

10

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 24 64

limit

100

100

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 24 64

limit

> 100

> 100

vzorek A vzorek B vzorek C

0 0 1340

0 24 64

Vzorky A a B po filtraci odpovídaly parametr m dle na ízení vlády 23/2011§ 31 – pro uţívání vody pro vodárenské účely a § 34 vody určené ke koupání, a byly pod pr m rnou hodnotou standardu kvality ţivotního prost edí. Hodnoty bakteriálního znečišt ní vzorku A spl ují podmínky pouţití recyklované vody k zavlaţování, vzorek B vhodný k zavlaţování p i spln ní dalších podmínek dle normy ČSN 757143. Vzorek C po filtraci spl oval pouze n které dílčí hodnoty, celkov však nevyhovoval p ípustným limit m vyuţití pro recyklaci vody. Výsledky naznačují moţné pouţití nanotextilií pro terciární dočišt ní, odstran ní mikrobiologického znečišt ní odpadních vod na odtoku z čistíren. Upravenou vodu by bylo moţné pouţít k zavlaţování v zem d lství, či jako zdroj vody pro koupání. Pro komerční aplikace je t eba provést další modifikace nanotextilie, zvyšující její filtrační účinnost a ţivotnost. Uplatn ní v zem d lství není samoz ejm jen v oblasti filtrace, recyklace vody, ale i v oblasti separace částic ze zem d lských produkt apod. Zde jsou jako pilotní programy p edpokládané experimenty s filtrací mléka, piva, medoviny a dalších. Výsledky provedených test

byly porovnány s výsledky experiment

v odborné literatu e. Pro srovnání je uvedeno krátce n kolik výsledk ov ujících

filtrační

vlastnosti

nanovlákenných

struktur

publikovaných experiment

p ipravených

metodou

elektrospinningu. Srovnání je pouze orientační z d vodu aplikace širokého spektra 112

materiál . Provedené experimenty lze rozčlenit na dv základní skupiny podle povahy separovaných částic – separace pevných částic, p esn definovaných rozm r a separace modelového / reálného mikrobiologického znečišt ní. Studie

od D. Aussawasathiena

(Plastic Engineering Lab, Thajsko) [130] ov ující filtrační vlastnosti nanotextilií z PA-6 (pr m r vláken 30-110 nm, tlouš ky vrstvy 0,15 mm, za p etlaku 10 psi = 69 kPa) pouţitím p esn

definovaných částic PP o velikosti 1-6 µm (velikostn

odpovídají

rozm r m E. coli) dosahují pr m rné účinnosti filtrace ř5,Ř7–99,99%. V práci R. Gopala (National University of Singapore) [131] pouţívající PVDF vlákna (pr m ru 3Ř0±106 nm) a taktéţ modelový roztok s PS částicemi rozm r 1-6 µm, dosahují (za p etlaku Ř,3 psi = 57 kPa) účinnosti filtrace ř1-98%. A. M. Bazargan (Materials and Energy Research Center, Iran) [132] pouţíval pro mikrofiltraci nanotextilií z PAN (o pr m ru vláken 165±16 nm). Účinnost filtrace pevných částic o rozm ru 1-6 µm dosahovala 70-90%. V publikacích popisujících experimenty s mikrobiologickým znečišt ním jsou výsledky s podobnými hodnotami. V odborné práci D. M. du Plessis (University of Stellenbosch, Jiţní Afrika) [132] zam ené, mimo jiné na pouţití modifikovaných polymerních vláken částicemi Ag. U nanovláken z PVA modifikovaných AgNO3 byla dosaţena účinnost odstran ní bakterií řŘ,3ř% a u materiál

s PAN modifikovaných

AgNO3 dosahovala účinnost odstran ní 100% bakterií E. coli. V článku Bjorga D. (University College West Flanders, Belgie) jsou studovány vlastnosti r zných elektrostaticky zvlákn ných vláken, (bez i s p ídavkem AgNO3) pro filtrační aplikace. Autor pouţívá nanotextilie k filtraci syntetické odpadní vody. Výsledky odstran ní vyjád ené v logaritmické stupnici dosahují hodnot 2-3log v p ípad nemodifikovaných vláken a 3-4 log p i aplikaci vláken modifikovaných AgNO3. Z výsledk

filtrační účinnosti nanotextilních materiál

uvedených prací lze tedy

konstatovat, ţe námi nam ené hodnoty pohybující se v rozsahu 72-100%, jsou velmi podobné. Jedná se však pouze o hrubší p ehled, jelikoţ nelze porovnat všechny vstupní parametry jednotlivých m ení uvád ných autor . Výsledky filtrace bakterií lze uplatnit i p i výb ru vhodných filtračních materiál pro filtraci pevných částic o velikosti 1–6µm. V technologiích úpravy vody lze v současnosti zaznamenat trend aplikace filtračních technologií (membránové technologie – mikrofiltrace, nanofiltrace, reversní osmóza), které nahrazují, pop . dopl ují chemickou úpravu. Jednou z nevýhod t chto technologií je však vyšší po izovací cena. Výroba nanovláken metodou elektrospinningu umoţ uje levn jší 113

výrobu filtračních materiál , které by mohly dopl ovat, pop ípad nahrazovat n které současné materiály. Krom

niţší ceny je výhodu pom rn

snadná modifikovatelnost

nanovláken dalšími prvky zlepšující její parametry. Kritickými parametry mohou být ţivotnost, ucpávání póru a mechanická odolnost. V odborné literatu e se jiţ objevuje ada publikací popisující modifikace vláken částicemi Ag [133], [134], TiO2 [135], Cu [136], apod. Zajímavou, a do praxe, jiţ zavedenou aplikací je pouţití aktivního uhlí zabaleného do nanotextilních vláken. Na jihoafrické Stellenbosch university vyvinuli balíček nanovláken s aktivním uhlím, který se umístí do drţáku do hrdla plastové láhve. Takto upravenou láhví je moţno vyčistit aţ 7 litr znečišt né vody. Pod názvem „Tea bag― je tento systém dodáván do rozvojových zemí pro p ípravu pitné vody [137]. Zlepšování vlastností nanotextilií p ídavky dalších částic bude z ejm dalším faktorem, který umoţní výrazný rozvoj pouţití nanotextilií. I v tomto p ípad je však nutno dbát na moţná rizika, které by mohly p edstavovat uvoln né částice z nanotextilií. Proto bude vţdy nezbytné zváţit mechanismy upevn ní p ídavných částic na/do struktury nanovláken. Dle uvedených výsledk v této i dalších odborných prácích je tedy z ejmé, ţe pouţití nanotextilních vláken p ipravených metodou elektrospinningu má velký potenciál v technologiích úpravy znečišt né vody. Oblast výroby speciálních obalových materiál

je dalším slibným oborem pro

uplatn ní nanotextilií. V této práci byly provedeny zkoušky fungicidních vlastností vybraných nanotextilních materiál . Bylo uvaţováno, ţe jemná struktura nanotextilie zachytí spóry plísní, a zabrání tak znehodnocování potravin. Na misky ţivného média byly poloţeny vzorky nanotextilií, na které byla aplikována sm s spór plísní. Po 5 týdnech inkubace došlo k rozvoji plísní, které nakazily ţivné médium. V provedených experimentech tedy nebyl zcela potvrzen mechanismus záchytu r stu plísní. Výsledek experimentu lze interpretovat takto: Vlhkost, n kdy i kapalina, prochází strukturou nanotextilie a vytvá í tak „m stky― pro prostup plísní. Ty mají vhodné podmínky pro r st, a pror stají vrstvou nahodile vrstvených nanovláken, podobn jako v p írod pror stají houby v lese vrstvou jehličí a mechu. Výsledky lze p enést na obalové materiály, které jsou v kontaktu s vlhkými potravinami. V tomto p ípad by nanotextilní obal nebyl vhodnou barierou. Pokud by spóry plísn nem ly vhodné ţivné prost edí, v podob ţivného média unikajícího z potraviny, nemohly by r st a prostupovat vrstvou nanovláken. V p ípad , ţe 114

by tedy nedošlo ke kontaktu obalu s potravinou, nem lo by docházet k r stu plísní. Nabízí se tedy moţnosti uplatn ní nanotextilních materiál pro potraviny s niţší vlhkostí, které svou konzistencí neumoţní vytvo ení ţivného prost edí pro spóry plísní a zárove skýtají odplyn ní uzav ené potraviny. V publikacích se vyskytují p ísp vky popisující uplatn ní nanotextilií v potraviná ství, které ukazují další moţné sm ry uplatn ní. A. Arecchi [138] popisuje moţnosti aplikace modifikovaných nanovláken z PVA pro výrobu senzor sledujících stav potravin, nosič vitamín

apod. Zajímavé vyuţití v potraviná ství by mohly najít také biodegradabilní

nanovlákna - kopolyestery p ipravené chemickou modifikací PET z pouţitých lahví vodnými roztoky kyseliny glykolové nebo mléčné [139]. Pro testování degradace fólií vyrobených z biodegradabilního polymeru byl zvolen kompostovací test po dobu 60 dn . B hem tohoto experimentu došlo k úplné degradaci fólií. Dalšími potenciáln vyuţitelnými materiály v potraviná ství jsou biopolymerní vlákna z gelatinu a chitosanu. Pouţití uvedených materiál

by mohlo pomoct vy ešit problém s výrobou a likvidací

obalových materiál . Vyuţití nanotextilií v léka ství, a to nap . pro urychlení hojení ran, pro vytvá ení ţivných médií pro tvorbu tkán apod., bylo inspirací pro úvodní experimenty s aplikací vybraných nanotextilních materiál pro ošet ení a urychlení hojení rozsáhlého poran ní strom . Vrstva nanovláken by jednak svojí strukturou mohla napomoci hojení ran (vytvo ení vhodného podkladu pro zár st poran ní) a zárove plnit ochrannou funkci (ochrana poran ní p ed vniknutím spór plísní a dalších choroboplodných zárodk ). V provedeném experimentu byly upravené nanotextilní materiály aplikovány na um le poran ný strom. Poran ní byla pr b ţn monitorována. Po dvou letech pr b hu p írodních proces hojení poran ní byl experiment ukončen a odebrány vzorky k rozboru. Vzorky byly podrobeny mikroskopické analýze na pracovišti Ústavu nauky o d ev , Lesnické a d eva ské fakulty Mendelovy univerzity v Brn . Pozorován byl p edevším vliv zm ny r stu d eva (r st plošných rozm r

cév na p íčném ezu) na ostatní části d eva a

anatomický rozdíl mezi zár stem, oblastí pod hranicí zárostu a oblastí mimo tyto oblasti. Kaţdý vzorek obsahoval 3 m ené oblasti hodnot, které byly následn rozčlen ny na další 3 oblasti (tedy celkem ř m ených oblastí z kaţdého vzorku), z kterých se postupn získávaly hodnoty rozm r

cév. Celkem bylo po ízeno ze 7 vzork

a tím pádem 63

m ených oblastí, 633ř hodnot zam ených cév. 115

Po statistickém zpracování byly u jednotlivých aplikací nanotextilních materiál vyhodnoceny statisticky významné vzájemné rozdíly. Po provedených rozborech a statistickém zpracování bylo doporučeno jako nejúčinn jší ošet ování nanovlákny Tecoflex bez nosného podkladu, samotná vlákna zastanou funkci bariéry proti vniknutí kontaminant samy. Pomocí nanotextilie dochází k lepšímu hojení poran ní díky zabra ování vniku neţádoucích látek z vn jšího prost edí, ale dle získaných výsledk , o tendenci zar stání d eva v tšími plošnými rozm ry cév zatím nelze hovo it. Zd raznit lze spíše ochrannou funkci nanotextilie, která zamezuje vnikání záke ných choroboplodných zárodk

do kmene stromu, čímţ m ţe napomáhat i kvalitn jšímu a

pravideln jšímu zar stání. Uplatn ní principu ošet ení ran nanotextilií by mohlo být v budoucnu prosazeno v oboru arboristiky p i péči o poran né kmeny v m stských oblastech v rámci mimo ádných opat ení. Jednalo by se o p edb ţnou prevenci proti znečišt ní od m stského provozu, nebo proti ranové nákaze d evokazných hub [128].

116

7 ZÁV R V p edkládané disertační práci „Pouţití nanotextilií v zem d lství― byly studovány moţnosti uplatn ní nanotextilních materiál v oblasti zem d lství. Na základ odborné diskuze byly vybrány zásadní oblasti experimentálního ov ení teoretických p edpoklad aplikace v oblasti filtrace kapalin, obalové techniky a ošet ení poran ní strom . V pr b hu práce byly získány tyto nejzávaţn jší poznatky: 1) V oblasti filtrace byla provedena ada test účinnosti odstran ní mikrobiologického znečišt ní modelové vody pomocí vybraných nanotextilních materiál . Na základ t chto test

byly vytipovány optimální materiálové parametry nanotextilií

vhodných pro filtraci vody. Výsledky lze vyuţít také p i výb ru vhodného materiálu pro filtraci pevných částic o velikosti 1-6 µm (velikosti bakterií E. coli). 2) Na vybraném nanotextilním materiálu byl proveden experiment s filtrací reálné, mikrobiáln znečišt né vody na odtoku z ČOV. Na jednotlivých vzorcích vody byly provedeny mikrobiologické rozbory sledovaných bakterií dle normy, které následn

určily rozsah mikrobiálního znečišt ní p ed a po filtraci a následné

moţnosti uplatn ní takto upravené vody. 3) Výsledky filtrace predikují moţnosti uplatn ní nanotextilních materiál

pro

terciární dočišt ní odpadních vod, které mohou být následn vyuţity v zem d lství k zavlaţování apod. Rezultáty z oblasti filtrace vody jsou podkladem pro aplikovaný výzkum vyuţití nanotextilií pro čišt ní vody podpo ený grantem TAČR. 4) V oblasti

aplikace nanotextilií

fungicidních účink

v obalové technice byly provedeny testy

nových materiál . Testy u zvolených vzork

nepotvrdily

p vodn p edpokládané fungicidní vlastnosti zvolených materiál . Pro zabrán ní pror stání spor plísní je nutná další modifikace nanotextilie p ídavky látek zabra ujících r stu plísní (nap . Ag, TiO2 apod.).

117

5) Pilotní dvouletý experiment aplikace nanotextilie na ošet ení poran ní strom naznačuje moţné uplatn ní n kterých druh

nanovláken k aplikaci v oboru

arboristiky p i péči o poran né kmeny v m stských oblastech či p ím stských aglomerací v rámci mimo ádných postup . Nejv tší perspektivy vyuţití výsledk

práce spat uji v aplikaci nanotextilních

materiál v oblasti úpravy mikrobiologického znečišt ní vod, recyklační technologie vody, terciárního dočišt ní, separace bakterií z kapalin apod. V pr b hu vypracování této práce byla navázána spolupráce s dalšími výzkumnými subjekty z akademické i soukromé sféry, která vyústila ve vytvo ení společného týmu, ešícího projekt NANAPL, který se zabývá vyuţitím nanotechnologií pro čišt ní vody a vzduchu. Projekt je podporován prost edky Technologické agentury České republiky. Disertační práce splnila stanovené cíle projektu v plném rozsahu. Výsledky naznačují další moţnosti vyuţití nanotextilií nejen v zem d lství. P íští rozsáhlé experimenty budou provád ny práv v rámci uvedeného projektu NANAPL TAČR.

118

SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY [1] VON HIPPEL, A.R. Molecular Designing of Materials. Science, 1962, vol. 138, str. 91 [2] FEYNMAN, R.P. There’s Plenty of Room at the Bottom : An Invitation to Enter a New Field of Physics. Eng Sci Mag, 1960, vol. 23, no. 5. P epis článku dostupný na: http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html. [3] DREXLER, K.E. An Approach to the Development of General Capabilities for Molecular Mamipulation. Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 78, 1981, s. 5275 [4] DREXLER, K.E. Engines of Creation — The Coming Era of Nanotechnology, Anchor Books, New York, 1986, s. 505, ISBN 0-585-19973-2 [5] DREXLER K.E. Nanosystems — Molecular Machinery, Manufacturing and Computation, J.Wiley&Sons, Inc., New York, 1992, s. 350, ISBN 0-471-57518-6 [6] TANIGUCHI N. On the Basic Concept of Nanotechnology, Proc.Int.Conf. on Production Engineering, part 2, Tokyo 1974, JSPE, [7] PRNKA, T. a ŠPERLINK, K. 6 Nanotechnologie, Šestý rámcový program evropského výzkumu a technického rozvoje. Ostrava : Repronis Ostrava, 2004, s. 70. ISBN 80-7329070-7. [cit. 2010-12-02] Dostupné na: . [8] PRNKA, T. Anketa definice nanotechnologie, konference NANOCON 2009, [cit. 2011-01-25], výsledky ankety dostupné na: http://www.nanotechnologie.cz/view.php?cisloclanku=2009120014 [ř] KUBÍNEK, R.; STRÁNSKÁ, V. Úvod do problematiky nanotechnologií, [cit. 2011-0128] Dostupné na: . [10] Nanotechnology, the convergience of scientific disciplines, Institut für Physikalische Chemie, Universität Wien, [cit. 2010-02-10] Dostupné na: http://pchem.univie.ac.at/materialwissenschaftliches-zentrum-fuer-nanotechnologien/ [11] How small is small? Nanoscale Science and Engineering Center, Northwestern University, cit. 2011. [cit. 2011-02-20], Dostupné na: http://www.discovernano.northwestern.edu/whatis/index_html/howsmall_html [12] YOKOYAMA, H. Potential of bottom-up nanotechnology, AIST Today, Nov. 2007, No.23 [cit. 2011-02-24], Dostupné na: http://www.aist.go.jp/aist_e/aist_today/2007_23/nanotec/nanotec_02.html [13] MAŠLÁN, M. Nanotechnologie a nanov da na prahu 21. Století, Odborné texty pro seminá – Vzd lávání ídících pracovník podnik v oblasti nanotechnologií a nanomateriál za účelem zvýšení profesní odbornosti. Zkrácen Nanotechnologie prakticky, Český nanotechnologický klastr, druţstvo, Olomouc, 2010, 93 s. [14] KUBÍNEK, R. Jak m it „NANO― – Nástroje pro m ení a vyhodnocování Nanostruktur, Odborné texty pro seminá – Vzd lávání ídících pracovník podnik v oblasti nanotechnologií a nanomateriál za účelem zvýšení profesní odbornosti. Zkrácen

119

Nanotechnologie prakticky, Český nanotechnologický klastr, druţstvo, Olomouc, 2010, 93 s. [15] Statistical Report of Production of Nanoscience in Iran, Iran nanotechnology initiative council, [cit. 2011-02-25], Dostupné na: http://en.nano.ir/index.php/main/page/17 [16] Patentová databáze US Patent , Free Patents Online, 2011, [cit. 2011-02-26], Dostupné na: http://www.freepatentsonline.com/ [17] The Lux Research Analyst Blog, The Recession’s Impact on Nanotechnology, 2011, [cit. 2011-02-28], Dostupné na: http://www.luxresearchinc.com/blog/2010/02/therecessions-impact-on-nanotechnology/ [18] KUKUTSCHOVÁ, J. Rizika nanotechnologií, Odborné texty pro seminá – Vzd lávání ídících pracovník podnik v oblasti nanotechnologií a nanomateriál za účelem zvýšení profesní odbornosti. Zkrácen Nanotechnologie prakticky, Český nanotechnologický klastr, druţstvo, Olomouc, 2010, 93 s. [19] Ecotechnology, National Institute for Resources and Environment, Japan, 2011, [cit. 2011-03-02], Dostupné na: [20] US-EPA: Nanotechnology White Paper. EPA 100/B-07/001, February 2007, [cit. 2011-03-03], Dostupné na: www.epa.gov/osa [21] JIANG, W.; MASHAZEKHI, H.; XING B. Bacterial toxicity comparison between nano- and microscaled oxide particles. Environmetal Pollution, 2009, vol. 157, s. 16191625. [22] LIN D.; XING B. Phytotoxicity of nanoparticles: Inhibition of seed germination and root growth. Environmental Pollution, 2007, vol. 150, s. 243-250. [23] WEINCH, K.; ET AL. Acute and chronic effects of nano- and non-nano-scale TiO2 and ZnO particles on mobility and reproduction of the freshwater invertebrate Daphnia magna. Chemosphere, 2009, vol 76, s. 1356-1365. [24] OBERDÖRSTER, G.; ET. AL. Acute pulmonary effects of ultrafine particles in rats and mice. Research Report (Health Effects Institute) 96: 2000, s. 5-74. [25] KAHRU, A.; DUBOURGUIER, H.C. From ecotoxicology to nanoecotoxicology, Toxicology, , 2010, vol. 269, s. 105–119. [26] OBERDÖRSTER, G.; OBERDÖRSTER, E.; OBERDÖRSTER, J. Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles. Environmental Health Perspectives 2005, vol. 113, n.7, s. 823-839. [27] OBERDÖRSTER, G., ET AL., Translocation of Inhaled Ultrafine Particles to the Brain. Inhalation Toxicology, 2004, vol.16, s. 437-445. [28] CALDERÓN-GARCIDUENAS, L.; ET AL. Air Pollution and Brain Damane. Toxicologic Patology, 2002, vol. 30, s. 373-389. [29] NOHAVICA, D. Respirační a kardiovaskulární problémy související s nanočásticemi, Nanocon 2009, 2009, s. 186-190. ISBN 978-80-87294-13-0

120

[30] QWINN, M.R.; VALLYATHAN,V. Nanoparticles: Health Effects – Pros and Cons. Environmental Health Perspectives, 2006, vol. 114, s.1818–1825. [31] BORM, P.J.; ET AL. The potential risk sof nanomaterials: a review carried out for ECETOC. Particle and Fibre Toxicology, 2006, vol. 3, s. 11. [32] KEHRER, J.P. The Haber-Weiss reaction and mechanisms of toxicity. Toxicology 2000, vol. 149, s. 43-50 [33] KAGAN, V.E.; BAYIR, H.; SHVEDOVA, A.A., Nanomedicine and nanotoxicology. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2005, vol. 1, s. 313-316. [34] CHURG, A.; ET AL. Mineralogic Parameters related to amosite asbestos- induced fibrosis in humans, Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol, 1990, vol. 142, s. 1331-6. [35] CHURG, A.; WIGGS, B., Fiber size and number in amphibole asbestos- induced mesothelioma, Am. J. Pathol., 1984, vol. 115(3), s. 437-42. [36] CHURG, A.; WIGGS, B., Accumulation of long asbestos fibers in the peripheral upper lobe in case of malignant mesothelioma, Am. J. Ind. Med., 1987, vol. 11(5), s. 563-9. [37] UNFRIED, K.; ET AL. Distinct spectrum of mutations induced by crocidolite asbestos, . Cancer Res. 2002, vol. 62, s. 99-104. [38] ZELENY, J., The electrical discharge from liquid points and a hydrostatic method of measuring the electric intensity at their surfaces. Physical Rewiew, 1914, Vo III, No.2, [39] MORTON, W.J., US Patent 705,691, 1902. [40] FORMHALS, A. US patent 1,975,504, 1934. [41] FORMHALS A. US patent 2,160,962, 1939. [42] FORMHALS A. US patent, 2,187,306, 1940. [43] FORMHALS A. US patent, 2,323,025, 1943. [44] FORMHALS A. US patent, 2,349,950, 1944. [45] VONNEGUT, B.; NEUBAUER, R. Production of monodisperse liquid particles by electrical atomization, Journal of Colloid Science, 1952, Vol. 7, Issue 6, s. 616-622 [46] VONNEGUT, B., NEUBAUER, R.L. : Production of monodisperse liquid particles by electrical atomization, Journal of Colloid Science, 1952, Volume 7, Issue 6, s. 616–622. [47] DROZIN, V.G. The electrical dispersion of liquids as aerosols, Journal of Colloid Science, 1955, Volume 10, Issue 2, s. 158-164 [48] SIMONS H.L. 1966: US patent 3,280,229, [49] BAUMGARTEN PK. 1971: Electrostatic spinning of acrylic microfibers, J of Colloid and Interface Science, 1971, vol. 36, s. 71–90. [50] RENEKER D.H, CHUN I. Nanometre diameter fibresof polyme produced by electrospinning. Nanotechnology, 1996, vol. 7, s. 216 –223. 121

[51] CHUN, I.; RENEKER, D.H.; ET AL. Carbon nanofibers from polyacrylonitrile and mesophase pitch, Journal of Advanced Materials. 1999, Vol. 31, ed.1, s. 36–41. [52] CHUN, I.; RENEKER, D.,H.; ET AL. Carbon nanofibers from polyacrylonitrile and mesophase pitch, International SAMPE Symposium and Exhibition, 1998, s. 718–729. [53] FONG, H.; RENEKER, D., H. Electrospinning and formation of nanofibers. In: Salem DR, editor. Structure formation in polymeric fibers, Munich, Hanser, 2001, s. 225–246. [54] LARRONDO, MANLEY R.; ST, J. Electrostatic fiber spinning from polymer melts, I. and Experimental observations on fiber formation and properties, Journal of Polymer Science, Polymer Physics Edition, 1981, Vol. 19, s. 909–920. [55] LARRONDO, MANLEY, R.; ST, J. Electrostatic fiber spinning from polymer melts. II. Examination of the flow field in an electrically driven jet, Journal of Polymer Science: Polymer Physics Ed, 1981, Vol. 19, s. 921–932. [56] LARRONDO, MANLEY R. Electrostatic fiber spinning from polymer melts. III. Electrostatic deformation of a pendant drop of polymer melt. Journal of Polymer Science: Polymer Physics Ed, 1981, Vol. 19, s. 933–940. [57] ZHENG-MING HUANG; ET AL. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites, Composites Science and Technology, 2003, Volume 63, Issue 15, s. 2223-2253. [58] FRENOT, A.; CHRONAKIS I. S. Polymer nanofibers assembled by electrospinning, Current Opinion in Colloid & Interface Science, , 2003, Vol. 8, Issue 1, p. 64-75. [59] DEITZEL, J.M.; KLEINMEYER, J.; HIRVONEN, J.K.; BECKTNC. Controlled deposition of electrospun poly(ethylene oxide) fibers. Polymer, 2001, Vol. 42, s. 8163– 8170. [60] FONG, H.; RENEKER, D.H. Electrospinning and formation of nanofibers. In: Salem DR, editor. Structure formation in polymeric fibers. Munich, Hanser; 2001. p. 225–246. [61] DEITZEL, J.M.; KLEINMEYER, J.; HARRIS, D.; TAN, N.C.B. The effect of processing variables on the morphology of electrospun nanofibers and textiles. Polymer 2001, vol. 42, s. 261–272. [62] DEITZEL, J.M; KLEINMEYER, J.; HIRVONEN, J.K; BECKTNC. Controlled deposition of electrospun poly(ethylene oxide) fibers. Polymer, 2001, Vol. 42, s. 8163– 8170. [63] DEITZEL JM, ET. AL., Electrospinning of polymer nanofibers with specific surface chemistry. Polymer, , 2002, Vol. 43. Ed.3, s. 1025–1029. [64] JIRSÁK O., A KOL.: Production and Properties of Nanofibres, Sborník NANO03, Brno VUT, 2003, s. 142-147, ISBN 80-214-2527-X [65] ELMARCO 2011, Technologie nanospider, Parametry technologie Nanospider, [cit. 2011-03-25], Dostupné na: http://www.elmarco.com/upload/soubory/obsah/183-2parametry-technologie-nanospidertm.pdf

122

[66] ELMARCO 2011, Technologie nanospider, Flexibilita materiálu, [cit. 2011-03-25], Dostupné na: http://www.elmarco.com/technology/flexibilita-materialu/ [67] BOLGEN, N.; MENCELOGLU, Y.Z.; ACATAY, K.; VARGEL, I. P. E. In vitro and in vivo degradation of nonwoven materials made of poly(e-caprolactone) nanofibers prepared by electrospinning under different conditions. Journal of Biomaterials Science PE, J Biomater Sci Polym; 2005, Vol. 16, p. 1537–1555. [68] YÖRDEM, O.S.; PAPILA, M.; MENCELOĞLU, Y.Z. Effects of electrospinning parameters on polyacrylonitrile nanofiber diameter: An investigation by response surface methodology, Materials & Design, Volume 29, Issue 1, 2008, p. 34-44 [69] VLÁKENNÉ NANOMATERIÁLY, [on-line] TU Liberec, [cit. 2011-03-03], Dostupné na: http://nano.tul.cz/assets/files/knt/thumb.html [70] GOPAL, R.; KAUR, S.; ET.AL. Electrospun nanofibrous filtration membrane, Journal of Membrane Science,Vol. 281, 2006, s. 581–586 [71] AUSSAWASATHIEN, D.; TEERAWATTANANON, C.; VONGACHARIYA, A. Separation of micron to sub-micron particles from water: Electrospun nylon-6 nanofibrous membranes as pre-filters, Journal of Membrane Science, Vol. 315, 2008, s. 11–19 [72] HORNG, R. Y., ET.AL.: Application of TiO2 photocatalytic oxidation and nonwoven membrane filtration hybrid system for degradation of 4-chlorophenol, Desalination 245, 2009, s. 169–182. [73] K IKLAVOVÁ L., Technologický návrh biofilmového reaktoru s nanovlákenným nosičem pro čišt ní pr myslových odpadních vod, Diplomová práce, Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií, kv ten 200ř [74] AGARWAL, S.; WENDORFF, J. H. Use of electrospinning technique for biomedical applications, Polymer, Vol. 49, 2008, s. 5603–562. [75] MILITKÝ J.: Textilní materiály v medicín , p ednáška TZU v Liberci, [cit. 2011-0320], Dostupné na: http://www.ft.tul.cz/clutex/data/HOSPIMedica/01Militky.pdf [76] ELMARCO, Oblasti aplikací nanotextilií, 2011, [cit. 2011-03-25], Dostupné na: http://www.elmarco.com/application-areas/oblasti-aplikaci/ [77] P edb ţná česká technická norma ČSN P CEN ISO/TS 276Ř7, Nanotechnologie – Termíny a definice nanoobjekt – Nanočástice, nanovlákno a nanodeska, CEN, 2011, EAN 8590963875729 [78] Technická normalizační informace TNI ISO/TR 12ŘŘ5, Nanotechnologie - Zdravotní a bezpečnostní sm rnice relevantní pro pracovní prost edí nanotechnologií, CEN, 2010, EAN 8590963875736 [79] JOSEPH, T.; MORRISON, M. Nanotechnology in Agriculture and Food, Nanotechnology in Agriculture and Food, Nanoforum Report, 2006, s. 14 [cit. 2011-0328], Dostupné na: http://www.nanoforum.org/dateien/temp/nanotechnology%20in%20agriculture%20and%2 0food.pdf

123

[80] PRASANNA, B.M. Nanotechnology in agriculture, 2007 [cit. 2011-03-28], Dostupné na: http://www.iasri.res.in/ebook/EBADAT/6-Other%20Useful%20Techniques/10nanotech_in_Agriculture__BM_Prasanna__1.2.2007.pdf [81] ROACH, S. Nano-herbicide in the works, 2006, [cit. 2011-03-28], Dostupné na: http://www.foodproductiondaily.com/Processing/Nano-herbicide-in-the-works [82] SYNGENTA, 2011, Plant Growth Regulator, [cit. 2011-03-28], Dostupné na: http://www.syngentaprofessionalproducts.com/prodrender/index.aspx?prodid=747&ProdN M=Primo%20Maxx [83] KUBÁTOVÁ, J. Nanotechnologie v zem d lství a potraviná ství - zpráva www.nanoforum.org, 2007, [cit. 2011-03-28], Dostupné na: http://www.nanotechnologie.cz/view.php?cisloclanku=2007080013 [84] MILLMAN, G.J. Virtual Vineyard Accenture, Outlook, 2004, Number 3, [cit. 201104-05], Dostupné na: http://www.accenture.com/SiteCollectionDocuments/PDF/case_sensor.pdf [85] Park, S.B. Nanosensor for sugar detection, United States Patent Application 20100330686, 2010, [cit. 2011-04-05], Dostupné na: http://www.freepatentsonline.com/y2010/0330686.html [86] NANOWERK, Are you ready for your nanotechnology engineered wine? 2007 [cit. 2011-04-07], Dostupné na: http://www.nanowerk.com/news/newsid=1441.php [87] WOLFE J. Safer And Guilt-Free Nano Foods, Forbes/Wolfe Nanotech Report 08.10.05, 2005, [cit. 2011-04-06], Dostupné na: http://www.forbes.com/2005/08/09/nanotechnology-kraft-hersheycz_jw_0810soapbox_inl.html [88] KRAFT FOODS, Nanotechnology, 2011 [cit. 2011-04-10], Dostupné na: http://www.kraftfoodscompany.com/responsibility/food-safety-quality/nanotech.aspx [89] SHELKE, K., Tiny, Invisible ingredients, [cit. 2011-04-10], Dostupné na: http://www.foodprocessing.com/articles/2006/227.html?page=full [90] ObservatoryNANO, Agrifood market report 2010: Food packaging based on nanoclay composites: multilayer PET, 2010, [cit. 2011-04-10], Dostupné na: http://www.observatorynano.eu/project/document/2092/ [91] SHERMAN L.M. Chasing Nanocomposites, Plastics Technology, Issue: November 2004, [cit. 2011-04-11], Dostupné na: http://www.ptonline.com/articles/chasing-nanocomposites [92] KVASNIČKOVÁ, A. GoodFood: výzkumný projekt EU, 6 R.P., 2006, [cit. 2011-0410], Dostupné na: http://www.agronavigator.cz/default.asp?ch=16&typ=1&val=50537&ids=208 [93] LI, X.; XING Y.; JIANG, Y.; DING, Y.; LI, W., , Antimicrobial activities of ZnO powder-coated PVC film to inactivate food pathogens, International Journal of Food Science & Technology, 2009, Volume 44, Issue 11, pages 2161–2168 [94] MAYFIELD, K., Radio ID Tags: Beyond Bar Codes, 2002, Dostupné na: 124

http://www.wired.com/science/discoveries/news/2002/05/52343 [95] NUTRALEASE, Nutrition Ingredients, 2011, [cit. 2011-04-12], Dostupné na: http://www.nutralease.com/Nutra/Templates/showpage.asp?DBID=1&LNGID=1&TMID= 84&FID=767 [96] BIODELIVERY SCIENCES INTERNATIONAL, Bioral® Technology, [cit. 201104-15], Dostupné na: http://www.biodeliverysciences.com/Bioral.php [97] Shemen Industries Ltd, Canola Active Oil, 2011, [cit. 2011-04-10], Dostupné na: http://www.shemenb2b.co.il/English/Article.aspx?Item=179&Section=177 [98] OilFresh , OilFresh® 1000, Catalytic Device for longer, better oil usage... 2011, [cit. 2011-04-16], Dostupné na: http://www.oilfresh.com/of1000.html [99] AQUANOVA AG, 2011, [cit. 2011-04-16], Dostupné na: http://www.aquanova.de/ [100] HALL, J., How super-cows and nanotechnology will make ice cream healthy Unilever is employing cutting-edge science to take the fat and guilt out of its top brands. James Hall reports ,The Sunday Telegraph London, 2005, August 21, , [cit. 2011-04-10], Dostupné na: http://www.highbeam.com/doc/1P2-8935566.html [101] SOZER, N.; KOKINI J.,L., Nanotechnology and its applications in the food sector Review Article Trends in Biotechnology, , February 2009, Volume 27, Issue 2, s. 82-89 [102] FAROOQUI, Z. A. Nanotechnology in the Food Industry: Post Harvest Management& Smart Packaging, Nanotechnology in food industry, 2011: [cit. 2011-04-18], Dostupné na: http://www.scribd.com/doc/52838005/Nanotechnology-in-theFood-Industry-final [103] FARHANG, B. Nanotechnology and Applications in Food Safety, Global Issues in Food Science and Technology, 2009, s. 401-410 [104] SASTRY, R.K.; RASHMI, H.B.; RAO, N.H.; ILYAS, S.M. Integrating nanotechnology into agri-food systems research in India: A conceptual framework, Technological Forecasting and Social Change, May 2010, Volume 77, Issue 4, s. 639-648 [105] LI, H., ET.AL, Effect of nano-packing on preservation quality of Chinese jujube (Ziziphus jujuba Mill. var. inermis (Bunge) Rehd), Food Chemistry, 15 May 2009, Volume 114, Issue 2, s. 547-552 [106] KUZMA, J. Nanotechnology in animal production—Upstream assessment of applications , Livestock Science, May 2010, Volume 130, Issues 1-3, s. 14-24 [107] SCOTT, N.C. Nanotechnology and animal health, rev.Sci.Tech. Off.Int Epiz. 24: 2005, s.425-432 [108] SIEGRIST, M. 2007: Public acceptance of nanotechnology foods and food packaging: The influence of affect and trust, Appetite, September 2007, Volume 49, Issue 2, s. 459-466 [109] SIEGRIST, M., ET.AL. Perceived risks and perceived benefits of different nanotechnology foods and nanotechnology food packaging , Appetite, September 2008, Volume 51, Issue 2, s. 283-290 125

[110] BOUWMEESTER, H., H. ET.AL, 2009: Review of health safety aspects of nanotechnologies in food production, Regulatory Toxicology and Pharmacology, February 2009, Volume 53, Issue 1, s. 52-62 [111] JINYUAN SUN, J., ET AL. Nanofibers by Green Electrospinning of Aqueous Suspensions of Biodegradable Block Copolyesters for Applications in Medicine, Pharmacy and Agriculture, December 1, 2010, Volume 31, Issue 23, s. 2077–2083 [112] BHATTARAI, N.; ET AL. 2005, Electrospun chitosan-based nanofibers and their cellular compatibility, Biomaterials, November 2005, Volume 26, Issue 31, s. 6176-6184 [113] CHU, X,H, ET AL. Chitosan nanofiber scaffold enhances hepatocyte adhesion and function, Biotechnology letters, 2007, Volume 31, Number 3, s. 347-352 [114] DAHMAN, Y.; ET AL, Potential of Biocellulose Nanofibers Production from Agricultural Renewable Resources: Preliminary Study, Applied Biochemistry And Biotechnology, 2010, Volume 162, Number 6, s. 1647-1659 [115] JAYAKUMAR, R.; PRABAHARAN, M,; NAIR, S.V.; TAMURA, H. Novel chitin and chitosan nanofibers in biomedical applications, Biotechnol Adv. 2010 Jan-Feb; Vol. 28, nr.1, s.142-150 [116] AZEREDO, H.M.C.; ET AL. Nanocomposite Edible Films from Mango Puree Reinforced with Cellulose Nanofibers, Journal of Food Science, 2009, Volume 74, Issue 5, s. N31–N35 [117] CLARK, M. Children recovering from E. coli, 2005, [cit. 2011-05-10], Dostupné na: http://www.ecoliblog.com/e-coli-outbreaks/children-recovering-from-e-coli/ [118] GARRITY, M.G.; ET AL. Bergey’s Manual of Systematic bacteriology, 2005, second edition, Volume two, The Proteobacteria. Michigan State University, ISBN-10: 0387-24144-2. [119] ČSN EN ISO 9308-1, Jakost vod - Stanovení Escherichia coli a koliformních bakterií, 2001, s.16, ISBN 80-86020-54-1, [120] ČSN EN ISO 6222, Jakost vod - Stanovení kultivovatelných mikroorganism Stanovení počtu kolonií očkováním do ţivného agarového kultivačního média, 2000, s. 8, ISBN: 999900427 [121] Sm rnice 2006/7/ES o ízení jakosti vod ke koupání a o zrušení sm rnice 76/160/EHS, 2006, [cit. 2011-05-12], Dostupné na: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2006:064:0037:0051:CS:PDF [122] Zákon 254/2001, O vodách a o zm n n kterých zákon (vodní zákon), 2001, [cit. 2011-05-12], Dostupné na: http://www.gerotop.cz/files/zakon_c2542001_sb_o_vodach.pdf [123] Na ízení vlády 61/2003 Sb., o ukazatelích a hodnotách p ípustného znečišt ní povrchových vod a odpadních vod, náleţitostech povolení k vypoušt ní odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech, 2003, [cit. 2011-05-12], Dostupné na:

126

http://www.mzp.cz/C1257458002F0DC7/cz/pripustne_znecisteni_vod_narizeni/$FILE/OO V-NV_61_2003-20030129.pdf, novelizace 23/2011 Sb. Dostupná na: http://www.sbirka.com/POSL4TYD/NOVE/11-023.htm [124] Sm rnice rady 98/83/ES, 1998, [cit. 2011-05-12], Dostupné na: http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CONSLEG:1998L0083:20031120:CS:PDF [125] Vyhláška 252/04 Sb. Hygienické poţadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. 2004, [cit. 2011-05-20], Dostupné na: http://www.pvk.cz/res/data/000074.pdf?seek=7 [126] ČSN 757143, Jakost vod. Jakost vody pro závlahu, 1992, 24 s. [127] ČSN EN ISO 846 Plasty – Hodnocení p sobení mikroorganism , 1řřŘ, 28 s. [128] FAJSTAVR, M. Anatomická studie zárostu d eva lípy, Brno 2011, 97 s., Bakalá ská práce na Lesnické a d eva ské fakult Mendelovy univerzity v Brn , ústavu nauky o d ev . Vedoucí práce Vladimír Gryc. [129] JAŠKOVÁ, V., Tilia platyphyllos Scop. – lípa velkolistá / lipa ve kolistá [online]. Publikováno 3. 10. 2010 [cit. 2011-02-2ř]. Dostupné na: http://botany.cz/cs/tiliaplatyphyllos/. [130] AUSSAWASATHIEN, D.; TEERAWATTANANON, C.; VONGACHARIYA, A. Separation of micron to sub-micron particles from water: Electrospun nylon-6 nanofibrous membranes as pre-filters, Journal of Membrane Science, 1 May 2008, Volume 315, Issues 1-2, s. 11-19 [131] Gopal, R., ET AL. Electrospun nanofibrous filtration membrane, Journal of Membrane Science, September 2006, Volume 281, Issues 1-2, 15, s. 581-586 [132] DU PLESSIS D. M. Fabrication and characterization of anti-microbial and biofouling resistant nanofibers with silver nanoparticles and immobilized enzymes for application in water filtration, Thesis presented in partial fulfilment of the requirements for the degree Master of Science at the University of Stellenbosch, 2011, s.104, [cit. 2011-0605]. Dostupné na: http://scholar.sun.ac.za/bitstream/handle/10019.1/6580/duplessis_fabrication_2011.pdf?seq uence=1 [133] SHI, Q.; ET AL. Durable antibacterial Ag/polyacrylonitrile (Ag/PAN) hybrid nanofibers prepared by atmospheric plasma treatment and electrospinning, European Polymer Journal, In Press, Corrected Proof, 16 April 2011 [134] HYUN, JEONG, JEON; ET AL. Preparation of poly(-caprolactone)-based polyurethane nanofibers containing silver nanoparticles, Applied Surface Science, 15 July 2008, Volume 254, Issue 18, s. 5886-5890 [135] REN-YANG, HORNG, ET AL. Application of TiO2 photocatalytic oxidation and non-woven membrane filtration hybrid system for degradation of 4-chlorophenol, Desalination, 15 September 2009, Volume 245, Issues 1-3, s. 169-182.

127

[136] SHEIKH, A. F., ET AL. Polyurethane nanofibers containing copper nanoparticles as future materials, Applied Surface Science, 15 January 2011, Volume 257, Issue 7, s. 30203026 [137] CLOETE, E., 2011: Electrospun Antimicrobial Nanofibers Used in a Point-of-Use Filter for Safe Drinking Water, At. Nano and Water 2011, Ascona, Swiss [138] ARECCHI, A. Electrospun nanofibrous membranes: novel materials for food technology applications, 14th Workshop on the Developments in the Italian PhD Research on Food Science Technology and Biotechnology - University of Sassari Oristano, September 16 – 18, 2009, s.5, [cit. 2011-06-15]. Dostupné na: http://www.consorziouno.it/consorziouno/export/sites/default/Workshop/Contributi/IIIAnn o/Arecchi.pdf [139] LUBASOVÁ, D. Výzkumné centrum Textil II p edstavuje: biodegradabilní netkané textilie. Technický týdeník, 2009, č. 16. [cit. 2011-06-10]. Dostupné na: http://www.techtydenik.cz/detail.php?action=show&id=5781&mark=

128

SEZNůM OBRÁZK O

V

......................................................................... 13

Obr. 2 S

........................................................................................... 16

O

S

.................................................................... 17

O

S

SEM TEM [11] ...................................................................................................... 21

O

P

.............................. 24

Obr

P

O

P

O

M

O

P

T

r.2009 [16] .............................................................. 25 miliardach dolaru [17] ................................. 27 28 traktu ........................................................................................ 31

O

M

O

M

................ 32

[18], [26] .......................................................................................................................................... 33 O

S

O

E

O

R

......................................................................... 37 N

..................................... 38

etodou elektrospinningu. P P

P

O

B

........................................ 41 S

I

...................... 51

O

F

popisem) ................................................. 59

O

D

................................................................ 59

O

D

.............................................................................................................. 60

O

P

............................................................................................ 61

Obr. 20: Bakterie Escherichia coli [117] ........................................................................................... 63 O

S

F N )V

................................ 66

O

S

F N )V

................................. 66

O

S

CM

.......................................... 67

O

S

CM

.......................................... 67

O

S

AM

)V

................................. 68

O

S

AM

)V

................................. 68

O

M

O

M

O

M

..................................................... 72 E

............................................................................................ 73 I

................................................................... 75

129

O

M

C .................................................................. 76

O

M

C .................................................................. 77

Obr. 3

N

............................................................................ 80

O

N

O

V

vlevo s vrstvou chitosanu, vpravo PA 612 ........................ 83

O

V

vrstvou chitosanu, vpravo PA 612 ....................... 83

O

S

PA

................................................................................. 80

PA

......................................................................................................................................................... 89 O

S

T

experimentu .................................................................................................................................... 89 O

S

T ...................................................................................................................... 90

Obr. 39 S

C

PEO

90

O

S

.......... 91

O

S

........................................ 91

O

P

...................................................... 92

Obr. 43: Vzorek s PA612 .................................................................................................................. 93 Obr. 44: Vzorek s Tecoflex s

............................................................................ 93

Obr. 45: Vzorek s Tecoflex s

....................................................................... 94

Obr. 46: Vzorek s Tecoflex s

............................................... 94

Obr. 47: Vzorek s Chitosan + PEO .................................................................................................... 95 Obr. 48: Vzorek s O

V

O

S

........................................................................................... 95 ........................................................................................................... 96

........................................................................................................................... 97 O

O

A

B

C O

U B

oblasti A O

.......... 98

V

C ANOVA

............................................... 99 A

............................................................................................. 100 O

V

ANOVA

B

............................................................................................. 101

130

O

V

ANOVA

C ..................................................... 102

O

V

ANOVA

A ........................................................ 103

O

V

ANOVA

B ................................................................... 104

O

V

C

ANOVA

.............................. 105 O

S

CM

strukturou nanotextilie .................................................................................................................. 109 O

S

AM

)V

truktury nanotextilie .......................................................... 110

131

SEZNAM TABULEK T

V

............................ 31

Tab. 2: Parametry technologie NANOSPIDER [65] ........................................................................... 39 T

B

NANOSPIDER

T

P

........................................ 40

T

P

........................................... 62

T

V

................................................................................... 65

T

V

................................... 72

T

V

T

V

E

............... 40

.................................................. 73 ......... 74

T

V

........................... 75

T

V

C ............................. 76

T

V

C ............................. 77

T

K

..................................................................................................... 82

T

P

............................................................... 87

Tab. 15: Limity dle

............................. 111

T

S

S .... 111

T

S

ČSN 57143 ....................................................................................................... 112

132

SEZNAM ZKRATEK AFM – Atomic force microscopy (mikroskopie atomárních sil) CCM – Czech Collection of Microorganisms CFU – Colony-forming unit CNS – centrální nervový systém CVD – Chemical vapor deposition (chemická depozice par) ČOV – Čistírna odpadních vod ČSN – Česká technická norma DLS – Dynamic light scattering (dynamický rozptyl sv tla) DNA – Deoxyribonucleonicacid EM – Elektronový mikroskop EPMA – Electronprobe microanalysis ES – Evropské společenství GI – Gastrointestinální (trakt) HSD test – Honestly Significant Difference test IEC – International Electrotechnical Commission ISO TC – lnternational Organization for Standardization, Technical Committee KTJ – Kolonie tvo ící jednotky MENDELU – Mendelova univerzita MIT – Massachusetts Institute of Technology NSSL – Nano-sized self assembled structured liquids OECD – Organization for Economic Cooperation and Development PA – Polyamid PAN – Polyakrylnitril PC – Personal computer PEO – Polyethyleneoxid PES – Polyethylsulfid pH – Potential of hydrogen (kyselost) PNS – Periferní nervový systém PP – Polypropylen PS – Polystyren 133

PUR – Polyurethan PVA – Polyvinylacohol PVDF – Polyvinylidenfluorid PVP – I – Povidone-iodin PVP – Polyvinylpyrrolidon RFID – Radio Frequency Identification (identifikace na rádiové frekvenci) ROS – Reactive oxygen specie (reaktivní kyslíkové radikály) SEM / REM – Skenovací / rastrovací elektronový mikroskop SPM – Scanning Probe Microscopy (mikroskopie vyuţívající skenující sondu) STM – Skenovací tunelovací mikroskopie TAČR – Technologická agentura České republiky TEM – Transmisní (proza ovací) elektronový mikroskop TIG – Titan inert gas TZU – Textilní zkušební ústav UV – Ultraviolet (ultrafialové) VUT v Brn – Vysoké učení technické v Brn WHO – World Health Organization (sv tová zdravotnická organizace) XRD – X-ray Diffraction, (rentgenová prášková difrakce)

134