Nový přístup k vývoji atomárních materiálů pro průlomové technologie využitelné v průmyslu i medicíně přinese projekt CHEMATECH, s nímž fyzikální chemik Radek Zbořil z VŠB – Technické univerzity Ostrava uspěl ve vysoce prestižní soutěži EXPRO Grantové agentury ČR. Cílem je otevřít cestu k nové generaci nanotechnologií, které umožní energeticky úspornější chemickou výrobu, přeměnu oxidu uhličitého na užitečné produkty nebo účinnější boj s bakteriemi odolnými vůči antibiotikům. Projekt získal finanční podporu ve výši přibližně 50 milionů korun.
Vědecký ředitel Centra nanotechnologií CEET a jeden z nejcitovanějších tuzemských vědců Radek Zbořil patří k průkopníkům atomárního inženýrství. Technologie umožňující ukotvit jednotlivé atomy kovů na cíleně navržených nosičích a dosáhnout tak jedinečných chemických a elektronových vlastností vyvíjených materiálů sice zaznamenaly v posledních letech obrovský rozmach, jejich širšímu využití v průmyslových a biomedicínských aplikacích však nadále brání některé technologické překážky. Projekt CHEMATECH přichází s vysoce ambiciózní interdisciplinární strategií, která má dosavadní bariéry překonat.
„Jednoduše řečeno, proměníme dosavadní pasivní nosiče v chemicky aktivní účastníky reakcí. Nosiče tak už nebudou sloužit pouze k ukotvení atomů kovů, ale samy se budou podílet na chemických reakcích a biologických procesech. To by mohlo přinést průlomové technologie využitelné v udržitelné chemii, energetice nebo medicíně,“ objasnil stěžejní myšlenku projektu jeho řešitel Zbořil.
Podle něj atomární katalyzátory již v chemii přispěly ke zvýšení výtěžnosti a selektivity řady průmyslově významných reakcí. V medicíně zase dokážou atomární nanozymy, tedy nanomateriály napodobující činnost přírodních enzymů, ničit bakterie odolné vůči antibiotikům.
„Mezi hlavní problémy současných atomárních katalytických technologií však stále patří vysoká energetická náročnost některých procesů, značná produkce odpadu a závislost na drahých ušlechtilých kovech. Praktické využití atomárních materiálů v medicíně zase omezuje například nedostatečná selektivita vůči bakteriálním a lidským buňkám a riziko nežádoucí toxicity. Tyto příklady ukazují potřebu zásadně změnit koncepci atomárních systémů a otevřít cestu ke zcela novým mechanismům jejich působení. Nová strategie umožní cíleně řídit chemické a elektronové vlastnosti nosičů, a tím přímo ovlivňovat průběh chemických reakcí a biologických procesů. Aktivní zapojení nosiče tak může přinést dosud nedosaženou úroveň kontroly nad reakčním prostředím na úrovni jednotlivých atomů,“ doplnil Zbořil.
V následujících pěti letech se jím vedený tým zaměří na chemické reakce, které představují významnou výzvu pro průmyslové využití. Jedná se například o výrobu aminů, které jsou důležitými stavebními látkami při výrobě léčiv, zemědělských chemikálií, polymerů a řady dalších produktů. Jejich průmyslová příprava však často vyžaduje vysoké teploty, tlaky a drahé katalyzátory.
„V minulosti se nám podařilo vyvinout atomární katalyzátory, které umožňují výrobu aminů za podstatně mírnějších podmínek. V projektu CHEMATECH ale chceme postoupit ještě dál a hledat zcela nové reakční cesty, které by umožnily energeticky náročné procesy obejít,“ přiblížil jeden z výzkumných směrů Zbořil. Výzkumníci se zaměří také na přeměnu CO₂ na chemické látky s vysokou přidanou hodnotou a vývoj nových materiálů pro antibakteriální terapii.
Grantová agentura České republiky (GA ČR) od příštího roku podpoří 16 projektů EXPRO z celkových více než 200 žádostí. Cílem soutěže je nabídnout nadstandardní podmínky excelentním vědkyním a vědcům, jejichž návrhy prošly náročným hodnocením zahraničních odborníků.
