Membrana, ki ulovi tudi bakterije

Akademik dr. Igor Emri ni edini, ki je prepričan, da mora Slovenija, če hoče napraviti nov razvojni evolucijski korak, začeti proizvajati izdelke z višjo dodano vrednostjo. Prav tako nekdanji profesor za mehaniko na ljubljanski fakulteti za strojništvo ni edini, ki ve, da je pri nas sicer dovolj znanja za ta korak, a da ostaja neizkoriščeno. Je pa eden redkih, ki akademsko znanje prevajajo v gospodarsko sfero. Začel je na področju polimernih materialov in nanotehnologij, kjer je, skupaj z dr. Alexandro Aulovo in sodelavci z univerze v Saratovu, soavtor nadvse obetavnih raziskav prepustnosti polimernih membran. Sad njegovih prizadevanj je tudi pravkar ustanovljeni raziskovalni obutveni center pri multinacionalnem podjetju Bata v Zlinu.

Tudi Slovenija ima obutveno industrijo, zakaj takšnega centra ne bi napravili pri nas?

Najprej bi morala država zagotoviti sklad za takšne dejavnosti, saj je naš zasebni kapital preslaboten. Prenos vrhunskega znanja na raven izdelkov in tehnoloških postopkov je zato pri nas še nezadosten. Naši raziskovalci končajo delo z objavo znanstvenega članka, morali pa bi ga končati s prototipom izdelka. Poleg tega se ne zavedamo, da ekonomske zakonitosti velikih sistemov pri nas ne veljajo. Nas vseh je komaj za eno mesto, naši strokovnjaki pa menijo, da veljajo pri nas enaki ekonomski zakoni kot v kakšnih ZDA. V tujini razvoj znanja do aplikativne ravni delajo velike družbe, nemški BASF, denimo, ima sam tako velik proračun kot cela Slovenija. V Sloveniji bi morala to vlogo prevzeti država.
 

Kako je narejena ta membrana, ki jo že uvajajo v prototipe čevljev v novem obutvenem centru Bate?

Polimer, raztopljen v topilu, postavimo med dve kondenzatorski plošči z velikim potencialom, od 30 do 50 tisoč voltov. S postopkom elektrospininga nastanejo zelo tanka vlakna, ki formirajo porozno tkanino. To poroznost lahko kontroliramo tako natančno, da je luknjica v tkanini oziroma membrani manjša od najmanjše vodne kapljice. Tako postane membrana neprepustna za vodo, deluje podobno kot sito, hkrati pa še vedno prepušča zrak in vodno paro.
 

Kako ste prišli na idejo za takšno tkanino?

Začelo se je s sodelovanjem z družbo Fresenius Kabi, ki proizvaja intravenozno hrano. To trenutno sterilizirajo tako, da zvišajo temperaturo, vendar s tem uničijo tudi vitamine. Zato se je pojavila potreba po membrani, ki bi selektivno prepuščala hrano, ustavila pa vse bakterije, a problem je, da so te še manjše od molekul hrane. Ker pa se manj deformirajo kot molekule hrane, smo prišli na idejo, da bi pri določenem tlaku lahko deformirali molekule hrane do te mere, da bi jih membrana prepustila, medtem ko bi bolj toge molekule bakterij zadržala. V projektu smo dokazali, da takšen postopek deluje, in v tej fazi smo tudi pridobili membrano, ki je vsestransko uporabna.

Kako v praksi, na primeru čevljev, deluje takšna membrana?

Poglejte, njena poroznost je do 50 nanometrov, kar je manjše od sleherne bakterije in celo od virusa. Na youtubu je filmček, kjer v nogavico z membrano vpihujemo paro, ta z lahkoto prehaja ven, nato nogavico nataknemo na nogo ter potopimo v vodo, a noga ostane suha, kar je dokaz, da membrana mehansko zaustavi vodne kapljice.

Iz česa je ta vaša tkanina?

V nasprotju z goretexom, ki je izdelan iz teflona, lahko mi membrano napravimo iz kateregakoli polimera, celo iz biopolimerov, s čimer se zelo zmanjšajo stroški proizvodnje in razširi področje uporabe. Glavni strošek je tako intelektualna lastnina, poleg stroškov dela za izdelavo. Masa membrane je namreč zgolj štiri grame na kvadratni meter.

Zdi se svež pristop, da ste kot znanstveni tim začeli sami iskati proizvajalce za svoj izum?

Ko sem se pred tremi leti upokojil, sem se začel ukvarjati s komercializacijo svojih patentov, in to je eden od rezultatov tega dela. Tehnologija polimernih membran je v fazi, ki je vsakomur razumljiva. Ves trik je v tem, da so naša vlakna bistveno tanjša od tistih, ki jih znajo napraviti drugi. Nam najbližja konkurenca izdeluje vlakna debeline okrog 100 nanometrov, naša so več kot dvakrat tanjša. Poroznost membran pa je vezana na debelino vlaken, iz katerih je tkanina narejena.

Ali se lahko s to membrano približamo membrani celice živega organizma?

Tako daleč verjetno (še) ne bi mogli, toda aplikacije v medicini so mogoče. S kirurgom Borutom Geršakom sva pripravila prezentacijo, kako membrano uporabiti za umetne srčne zaklopke, in jo je tudi predstavil v ZDA.

Na katerih področjih bi bila še uporabna?

Raziskovali smo, kako napraviti membrano s čim manjšo poroznostjo ter kako kontrolirati poroznost na nanoskali. Zdaj bi morali raziskati načine uporabe. Nekaj je že znanih, denimo za hladno sterilizacijo kot filter ali za oblačila in čevlje, neprepustne za vodo. Mogoča je uporaba v medicinske namene, poleg omenjene zaklopke je tak primer membrana, izdelana iz biopolimera chitosana, s katero pokrivate rane. Možnosti je res veliko.

Izum je videti zelo sofisticiran, medtem ko je njegova aplikativna raba za čevlje precej profana?

Membrana sama po sebi nima vrednosti, to dobi šele, ko napravite za njeno rabo ustrezno tehnologijo, in s tem je veliko dela. V proizvodnji čevljev se trenutno sicer veliko dogaja, podobno kot v avtomobilski industriji. Tudi pri čevljih elektronika omogoča vgrajevanje vse cenejših senzorjev, s katerimi lahko obuvalo postane stimulator za refleksne točke na stopalih ali pa celo proizvaja energijo med hojo.

In ta energija bo polnila naše elektronske napravice?

Tako je, na primer za vojsko, ki na terenu nima dostopa do energije, je to zelo pomembno. Dokler človek lahko hodi, se polnijo baterije.

Prototipi na laboratorijski ravni že obstajajo in bi jih lahko vsaj v vojaške čevlje uvedli v nekaj tednih. Prav pridejo tudi v gorniškem športu, pa v gradbeništvu ali rudarstvu. Cena je še visoka; tako izpopolnjeni vojaški škornji stanejo do tisoč evrov.

S senzorji bi merili tudi temperaturo nog, dolžino prehojene poti, koristili bi otrokom, diabetikom. Membrana je dobra tudi za antibakterijsko zaščito.

Ste takrat, ko so naši strokovnjaki razvijali Alpinin vojaški čevelj, že imeli to membrano?

Takrat se še nisem ukvarjal s čevlji. Vem, da je Alpinin vojaški čevelj izredno kakovosten, ne vem pa, katero membrano so uporabili. V svetu so trenutno vodilne tri, neoshell, porelle in goretex, a je naša pri vseh lastnostih za vsaj 50 odstotkov boljša od vseh treh.

Goretex je denimo prepusten za zrak le pri zelo visokih tlakih, ki v realnosti nastopijo šele pri veliki temperaturni razliki. Zato goretex v takšnih okoljih dobro funkcionira, če pa so razlike komaj 10 stopinj Celzija, ne bo deloval. Naša membrama pa deluje že pri 200 paskalih, kar je še nižji tlak, kot ga proizvedete pri dihanju.

Bo tudi razvojni center Bate začel pri vojaških škornjih?

Da, ker je proizvodna cena še visoka, membrana pa omogoča lastnosti, potrebne pri vojaški obutvi, in mislim, da bomo z njo konkurenčni. Naša membrana deluje ne glede na trajanje, razen če jo fizično poškodujete. Če potrebujete vojaške čevlje za Afriko, bodo tisti z našo membrano najboljši.

Zdi se, da je v Sloveniji veliko znanja o nanotehnologijah?

V znanju in pri invencijah smo vsaj tako dobri kot v športu, morda celo boljši, a v nasprotju s športniki ki gredo lahko na olimpijado, kjer to dokažejo, znanstveniki te možnosti nimamo. Ni nam dano pokazati, kako dobri smo, z merili družbenega prispevka; toda če raziskovalce merimo po akademskih kazalcih, smo relativno boljši celo od Nemcev in primerljivi z vodilnimi državami v svetu. Problem pa je, da smo slabi po številu aplikacij, patentov in tehnoloških prebojev, ki zagotavljajo plače in standard državljanov.

Igor Emri: "Ves trik je v tem, da so naša vlakna bistveno tanjša od tistih, ki jih znajo narediti drugi."
Foto Arhiv I. E.

Je za to bolj kriv izobraževalni sistem ali izobraževalna politika?

Če bi na krivca lahko pokazali s prstom, bi to hitro rešili, a ni tako preprosto. Manjka nam denimo univerzitetni kampus; zakaj, vam lahko razložim na primeru paradižnikove juhe, katere kakovosti ne določa najboljši paradižnik, ampak inventivno dodani dodatki. In takšni dodatki so ljudje z drugačno izobrazbo, s katerimi se mladi družijo v študijskem okolju. Moje izume bi moral tržiti ekonomist, ne jaz, a takšen, ki bi moje delo že razumel in bi lahko delala kot tim. No, tega pri nas ni, ni stikov tehnične inteligence z družboslovci, pravniki, ekonomisti. Vsak študira na svoji lokaciji. Kot predsednik znanstvenega sveta pri agenciji za raziskovalno dejavnost (ARRS) imam dober vpogled v tehniško znanje naše družbe in lahko zatrdim, da bi ga z malo vložka, ki bi ga morala zagotoviti družba, hitro pripeljali do tehnoloških prebojev.

Na kemijskem inštitutu so denimo razvili novo generacijo baterij na principu magnezija. Nadaljnje raziskave jim zdaj financirajo Japonci, ki bodo tako z razmeroma majhnim vložkom pridobili veliko. Če bi to financirala naša država, bi lahko bili vodilni v svetu.

 

Vi k takšnim vlaganjem vabite kitajske vlagatelje?

Z njimi sodelujemo pri kostnih in dentalnih implantantih. S podobnim znanjem, kot je vgrajeno v prej omenjene membrane, izdelamo biokompatibilen implant s podobno strukturo, kot jo imajo kosti. Po vsaditvi v telo se zato kostno tkivo vraste v implant. Biokompatibilnost in osteointegrabilnost smo na laboratijski ravni preverili na pujskih in z eksperimenti pokazali, kako to deluje. Za klinična testiranja pa bi potrebovali večdesetmilijonske investicije, ki jih nimamo.

Kitajskim vlagateljem smo predlagali ustanovitev fundacije, ki bo izbranim slovenskim projektom zagotovila financiranje razvoja do faze prototipa. V sodelovanje se je vključila tudi Inženirska akademija Slovenije. Tako se bo slovensko znanje lahko plasiralo na svetovne trge. Prav bi bilo, da bi tako fundacijo ustanovila država in omogočila raziskovalcem, da v polni meri prispevajo k dvigu življenjske ravni državljanov.