Žijeme v době plastové jako generace „plastic people“, v barevném, naleštěném a nerozbitném. Z kdysi zázračného produktu se stává veřejný nepřítel číslo jedna. Máme se ho ale bát? „Plasty nejsou zlo. Například v medicínských aplikacích, automobilovém nebo letecké průmyslu jsou nenahraditelné.

Špatnou reklamu plastům dělají jednorázové výrobky a především to, jak s nimi nakládáme…“ říká ve 27. rozhovoru časopisu 21. STOLETÍ ředitel Ústavu makromolekulární chemie Dr. Ing. Jiří Kotek.

Ročně se vyrobí přes 350 milionů tun různých polymerů, ukrývajících se pod označením „plasty“. Každou minutu se na světě prodá milion PET lahví, každý týden 10 miliard plastových sáčků. Pokud byla v roce 1974 globální spotřeba plastu na hlavu 2 kg ročně, dnes už je to 43 kg.

A právě na makromolekulární chemii, organickou chemii, makromolekulární fyzikální chemii a makromolekulární fyziku se zaměřuje Ústav makromolekulární chemie Akademie věd České republiky (ÚMCH AV ČR). Vědci tu studují vztahy mezi strukturou, vlastnostmi a funkcemi makromolekulárních systémů a řízené vytváření supramolekulárních struktur.

Bádají v 60 let staré architektonicky cenné budově Karla Pragera, a na základech, které postavil profesor Otto Wichterle. V jeho odkazu pokračuje už ve druhém funkčním období ředitel ÚMCH Dr. Jiří Kotek.

„Je to samozřejmě velký závazek k historii ústavu, k téměř třem stovkám zaměstnanců i ke kreditu, který má tato mezinárodně uznávaná výzkumná a vzdělávací instituce v oblasti výzkumu syntetických polymerů.“.

Před budovou je známá dvoumetrová bronzová plastika – pomník Wichterlemu – která symbolizuje strom vědění, a v jeho koruně jsou zapsaná čísla jednotlivých patentů zakladatele ústavu. Kolik jich aktuálně je?

V současné době máme více než 40 patentů.

V minulosti se říkalo, že ÚMCH je továrna na myšlení. Platí to pořád?

Ano. Myslím, že se nám úspěšně daří naplňovat motto našeho zakladatele profesora Wichterleho: „Chceme být nejen krásní, ale také užiteční.“.

Výzkum jednoduchých makromolekul před 60 lety a polymerů dnes se musel neuvěřitelně změnit.

A jak… V počátcích polymerní vědy jsme o polymerech mnoho nevěděli. Dnes je najdeme všude kolem nás. Bez přírodních polymerů jako jsou proteiny nebo polysacharidy není možný život. A bez těch syntetických, kterým se převážně věnujeme my, by nebyla možná současná kvalita života.

Zastřešujete 17 vědeckých oddělení. To je široké spektrum polymerního výzkumu.

Makromolekulární věda je vysoce interdisciplinární. Nejlepších výsledků se obvykle dosáhne kombinací přístupů z různých vědních oborů a využitím různých experimentálních metod. V oblasti medicíny se zaměřujeme na vývoj cílených léčiv, kde polymerní nosiče dopravují léčivo přímo do nádoru, případně do jiné zánětem postižené tkáně.

Věnujeme se také vývoji polymerních nanosond, které chirurgům pomohou lépe zobrazit hranice operovatelných nádorů a výrazně tak usnadnit jejich přesné odstranění. Nanosondy by měly nádory rozsvítit za pomoci kontrastní fluorescenční látky, která by přesněji zobrazila hranice nádoru a byla by detekovatelná světlem o vhodné vlnové délce.

Pracujeme také na polymerních nano-kapsulích, které obsahují léčivo, a dokáží se rozbalit až v místě, kde je potřeba. Věnujeme se také výzkumu nové strategie léčby Wilsonovy choroby.

… To je vzácné metabolické onemocnění, které v těle způsobuje ukládání iontů mědi.

Když koncentrace mědi překročí u tohoto vzácného dědičného onemocnění kritickou mez, začnou mědí katalyzované volné radikály postupně ničit organismus pacienta, zejména játra a nervový systém. Naše nová strategie léčby pracuje s polymerním léčivem, které na sebe ionty mědi navazuje již v zažívacím traktu, a poté se vyloučí spolu se stolicí.

Takže dejme tomu naděje pro 30 milionů lidí na celém světě, kteří s Wilsonovou chorobou musejí žít…

Pracujeme na tom (úsměv). Další medicínský směr představují zdravotnické prostředky…

…Legendární HemaGel? Je to pár let, co jste vyvinuli jeho novou generaci, která urychluje hojení ran.

HemaGel podporuje mokré hojení a působí protizánětlivě díky tomu, že je v polymerní struktuře zabudován lapač volných radikálů, který je vychytává z rány. Skupiny, jež vychytávají škodlivé radikály, jsou kovalentně navázány na polymerní síť, čili se nedostanou do těla.

Na rozdíl od tohoto čtvrtstoletí starého předchůdce působí přípravek z nové generace i antibakteriálně. Zároveň jsme vyvinuli i unikátní hojící sprej, který je voděodolný, ránu nemusíte ani přelepovat – sprej má jiný polymerní základ, který umožňuje tuto novou formu aplikace.

Nový HemaGel je samozřejmě komerční produkt. Jaké očekáváte roční příjmy za licence z prodejů?

Přál bych si, aby to byly desítky milionů korun, které pak budeme moci investovat zase zpátky do vědy.

Jak dlouho probíhal výzkum nové generace?

V řádu let. Většina novinářů chce slyšet, že to byla okamžitá myšlenka v úterý ráno před 10 lety (úsměv). Což samozřejmě bylo, ano, každý vynález je v podstatě myšlenka, která vás napadne v jeden daný okamžik, ale jak říkal už Louis Pasteur „Náhoda přeje připraveným“.

Proto, aby vás to napadlo, musíte mít velký základ a za sebou mnoho let práce. Na vývoji jsme spolupracovali s naším dlouholetým strategickým partnerem firmou VH Pharma.

A další směry výzkumu?

Například materiály pro kloubní náhrady. Mezi ceněné patenty ÚMCH patří i patent na specifické složení vysokomolekulárního polyethylenu pro umělé kloubní náhrady, které zdvojnásobilo jejich životnost. Věnujeme se také biomateriálům pro regeneraci a náhrady tkání, látkám pro selektivní diagnostiku nebo vývoji selektivně účinných léčivých látek v moderní medicíně pro vyšší kvalitu života.

V našem portfoliu nechybí ani materiály pro energetiku a autoelektroniku. Do této oblasti patří například polymerní elektrolyty pro nové generace autobaterií, membrány pro separaci plynů nebo superkondenzátory pro ukládání energie.

Zabýváme se i poslední fází „života“ syntetických polymerů, kdy navrhujeme postupy jejich likvidace a recyklace, které jsou šetrné k životnímu prostředí.

Jak k sobě pasují polymery (plasty) a elektrifikace (eko-doprava)?

Elektrifikace není možná bez plastů. Nejde jen o elektrolyty, ale o veškeré izolační materiály.

Ano, teď se to postupně zlepšuje, i tak ale v jednom autě je až 140 kilogramů plastů (izolace, palubní deska, blatníky…).

Přesně tak. Problém pro účinnou recyklaci představují směsi plastů a jejich případné znečištění. V současné době přitom existuje několik druhů koncepcí, jak recyklovat. Materiálová recyklace znamená, že plast roztavíme a přidáme stabilizátory, kompabilizátory, a použijeme ho dál.

Druhá je chemická recyklace, kdy plast rozbijeme zpětně na monomerní, základní jednotky, a třetí je surovinová, kdy pyrolýzními postupy získáváme uhlovodíky, které lze dále použít.

Kam ÚMCH směřuje?

ÚMCH je světově respektovaná instituce, která pokrývá téměř všechny oblasti polymerní vědy – od polymerní chemie až po fyzikální chemii, což by na jednu stranu mohlo někomu přijít, že jsme poněkud roztříštěni.

Ale není to tak. Je to de facto „puzzle“, pomocí kterého skládáme celý obraz vědeckého problému. Velikou výhodou, kterou oceňují kolegové ze zahraničí, je, že u nás najdete odborníka na každou oblast. Máme 17 vědeckých oddělení, které se věnují nejen vlastnímu výzkumu, ale každé z nich se zároveň stará o nějakou metodiku pro charakterizaci polymerů.

A tu využívají i ostatní oddělení. Je opravdu důležité, že v ÚMCH pracují odborníci zkušení v charakterizaci polymerních látek, kteří dokáží charakterizovat jednotlivé úrovně strukturní hierarchie. Od chemického složení molekuly přes molekulární a nadmolekulární strukturu až po výsledné makroskopické vlastnosti.

Máte vůbec čas se zabývat vlastním výzkumem, při ředitelování?

Bohužel minimálně. Moje pozice je výzva, je to jiná životní etapa.

Řekl jste, že v dnešní době si neumíme představit život bez polymerů, bez plastů. Jak berete ekologická témata, že plasty by měly být biologicky rozložitelné? Je to možné?

Je to možné, ale rád bych se vrátil o kousek zpátky. Problém s mikroplasty si uvědomuji, řešení ale není jednoduché. Spočívá hlavně ve změně vzorců našeho chování, největší problém představuje zbytečné nadužívání obalů a jejich nakládání s nimi.

Biologická rozložitelnost nás totiž nezachrání. Při biologickém rozkladu biologicko-rozložitelných plastů se vytváří oxid uhličitý stejně jako při jejich energetickém využití. Na použité plasty bychom neměli nahlížet jako na nechtěný odpad, ale jako na cenný surovinový zdroj, a měli bychom je v maximální možné míře využívat.

Biodegradovatelné plasty samozřejmě mají svá uplatnění. Od využití v medicíně, ať už jde o vstřebatelné stehy, až po obaly. Biodegradovatelné plasty mají smysl v případech, pokud je obal kontaminován potravinou, která se likviduje kompostováním. Jinak si myslím, že to není dobrá cesta.

Spolupracujete v tomto ohledu i s nějakým jiným ústavem, abyste vytvořili plasty, které jsou rozložitelné bakteriemi?

Spolupracujeme s Fakultou technologie ochrany prostředí VŠCHT. Polymerní věda je vysoce interdisciplinární, potřebujeme spolupracovat s odborníky z ostatních oblastí.

A budoucnost plastů?

V současné době na mnoho aplikací opravdu nemáme materiál s lepšími vlastnostmi, než mají plasty.

Ale svět si žádá jejich omezení, míň plastů, cítíte tlak?

To je cítit všude. V prvé řadě nám ale chybí komplexní systém použití plastů v obalech a nakládání s nimi.

Box

Co jsou polymery…

Polymer je látka tvořená makromolekulami, tedy molekulami sestávajícími se z velkého počtu opakujících se jednotek. Mezi nejdůležitější přírodní makromolekuly patří ribonukleové kyseliny, polysacharidy a proteiny, nejrozšířenějšími syntetickými jsou pak polyethyleny, polypropylen a polyethylentereftalát.

Jan Zelenka

Vizitka

Dr. Ing. Jiří Kotek (*1971)

Od roku 2016 působí jako ředitel Ústavu makromolekulární chemie Akademie věd České republiky (ÚMCH AV ČR).

Vystudoval materiálové inženýrství na Českém vysokém učení technickém v Praze a zabývá se vztahy mezi mechanickým chováním a strukturou polymerních materiálů.

Jiří Kotek je prezidentem Evropské polymerní federace pro období 2020-2022, členem Inženýrské akademie ČR a České společnosti chemické.