Klastr NANOPROGRESS, z.s. v prosinci opět úspěšně obhájil prestižní certifikát Gold Label v rámci iniciativy Cluster Management Excellence. Tento nejvyšší stupeň hodnocení kvality řízení klastrů si Nanoprogress stabilně drží již několik let a díky tomu se dlouhodobě řadí mezi elitní klastrové organizace v Evropě.

Obhajoba Gold Label probíhá každé tři roky a potvrzuje, že klastr splňuje nejvyšší standardy v oblasti řízení a poskytovaných služeb s vysokou přidanou hodnotou. Tento opakovaný úspěch jasně dokládá profesionalitu klastrového managementu a schopnost dlouhodobě rozvíjet kvalitní a udržitelný inovační ekosystém.

Nanoprogress je již více než 15 let významným hybatelem inovací, výzkumu a vývoje, zejména v oblasti nanotechnologií. Po celou dobu své existence se klastr dynamicky rozvíjí, reaguje na aktuální technologické trendy a systematicky posiluje spolupráci mezi firmami, výzkumnými organizacemi a akademickou sférou.

Dnes je Nanoprogress jednou z největších klastrových organizací v České republice a svým profesionálním managementem výrazně přesahuje běžné standardy. Velmi si váží podpory, které se mu dostává jak na národní, tak i na mezinárodní úrovni, a aktivně ji proměňuje v konkrétní výsledky. Za dobu svého působení má klastr za sebou nespočet úspěšných projektů a podíl na více než 50 patentech, které potvrzují jeho klíčovou roli v transferu znalostí a technologických inovací do praxe.

S příchodem roku 2026 vstupuje NANOPROGRESS, z.s. do nové etapy svého rozvoje s cílem zásadně akcelerovat inovační potenciál celé nanotechnologické scény. Usiluje o to stát se klíčovým hybatelem pokročilých technologií v Evropě – propojit co nejširší spektrum aktérů, od dynamických startupů a MSP, přes špičkové výzkumné organizace a univerzity, až po strategické průmyslové a institucionální partnery. Ambicí NANOPROGRESS, z.s. je vytvářet prostředí, ve kterém se rodí skutečně průlomová řešení s globálním dopadem.

Obhájený Gold Label je nejen oceněním dosavadní práce, ale také závazkem do budoucna – nadále rozvíjet špičkový klastrový management a posilovat konkurenceschopnost českého i evropského inovačního prostředí.

Když v roce 2010 čtyři nadšenci do nanotechnologií zakládali klastr NANOPROGRESS, netušili, jak velké objevy je v příštích letech čekají a jak zásadním způsobem ovlivní řadu průmyslových a zdravotnických odvětví. Od samotného začátku byla pozornost upřena na polymerní materiály a jejich transformaci do nanovláken prostřednictvím elektrostatického zvlákňování. Záhy po založení klastru se nám podařilo zkonstruovat zařízení, které dokázalo vytvářet nanovlákna z řady polymerů prostřednictvím stejnosměrného elektrického proudu. Klíčovým novým patentově chráněným prvkem tohoto zařízení byla tzv. přeplavovací elektroda, která umožnila přípravu nanovláken z mnoha syntetických polymerů, jako jsou polyamid, polyurethan, či polyvinylbutyral , ale také z řady biokompatibilních a biodegrabilních polymerů jako jsou polykaprolacton, polyvinylalkohol, kolagen a mnoho dalších.

Významnou inovací byl vývoj zvlákňovacího zařízení pro přípravu koaxiálních, tedy dutých nanovláken. Tato nanovlákna lze vyrobit z biodegrabilních polymerů a jejich dutinu naplnit například léčivy či jinými biologicky aktivními látkami. Tím započala éra tzv. funkcionalizace nanovláken, která jim vedle vlastností daných prostorovou strukturou vláken přidává další funkční vlastnosti, které zásadně zvyšují přidanou hodnotu nanovláken. Schopnost funkcionalizace nanovláken se stala klíčovým výzkumným a vývojovým  prvkem klastru NANOPROGRESS, který nás až do současnosti odlišuje od naprosté většiny konkurence.

S tím, jak rostly naše výzkumné aktivity, se v roce 2012 ukázalo nezbytné založit specializovanou Laboratoř pokročilých nanovlákenných struktur, která sídlí v pronajatých prostorách Technické Univerzity v Liberci. Díky aktivitám této  laboratoře v roce 2014 došlo ke dvěma přelomovým objevům. Ukázalo se, že k produkci nanovláken lze použít nejen stejnosměrný (DC) elektrický proud, ale že proces zvlákňování funguje ještě daleko lépe za využití střídavého proudu (AC). Právě velmi omezená produktivita DC zvlákňování silně limitovala jeho využití pro produkční provoz. Naproti tomu, AC zvlákňování vyniká výrazně vyšší produktivitou, přičemž zároveň umožňuje ovlivňovat řadu procesních parametrů a tím měnit vlastnosti vznikajících nanovláken podle cílových aplikací. Tato světově unikátní AC technologie se stala dalším klíčovým strategickým výzkumně-vývojovým prvkem klastru (patentově chráněným) a drtivá většina naší současné produkce nanomateriálů pochází právě z této technologie. Druhým přelomovým objevem byla příprava lineárních nanostruktur. Do té doby byly veškeré nanomateriály vytvářeny ve formě plošné membrány a různé hustotě a plošné hmotnosti. Nám se podařilo přijít s technologií, kdy jsou nanovlákna zachycována na nosné vlákno a tím dochází k tvorbě nanovlákenné příze. Tyto příze umíme připravit z desítek syntetických či biopolymerů v mnoha různých průměrech a lze je využít přímo, či zpracovávat pomocí konvenčních textilních technologií, jako je tkaní, pletení a další. To zcela zásadním způsobem rozšířilo možnosti aplikací nanovláken do dalších oborů. 

Neúnavně jsme pracovali na dalším vývoji AC zvlákňovací technologie jak plošných, tak lineárních struktur a zejména v možnostech jejich pokročilé funkcionalizace. V roce 2020 se nám podařilo do procesu AC zvlákňování integrovat tzv. naprašování. Díky této inovaci dokážeme do mezivlákenných prostor inkorporovat a fixovat jemné práškové materiály a partikule a vytvořit tak kompozitní nanovlákenné struktury. Takto lze například inkorporovat aktivní uhlí do nanovlákenné filtrační membrány a tím jí dodat vedle standardní mechanické filtrační funkce i sorpční schopnosti. Takto připravená kompozitní membrána je schopná jak ze vzduchu, tak z vody odstranit mimořádně široké rozmezí nežádoucích částic a kontaminantů.  

Hybnou silou výzkumu a vývoje realizovaného v rámci klastru NANOPROGRESS bylo vždy synergické zapojení členů klastru do procesu VaV na všech úrovních hodnotového řetězce od výrobců chemických látek a syntetiků polymerů, přes analytickou podporu, vlastní výzkumníky a vývojáře nanotechnologií a zvlákňovacích zařízení až po aplikátory vznikajících řešení do komerčních aplikací a produktů. Právě díky intenzivnímu výzkumu a zapojení mnoha členů klastru se nám podařilo vyvinout řadu unikátních technologických řešení a produktů, které lze rozdělit do tří hlavních skupin: 

Biomedicína,  zdravotnictví a kosmetika

• Ochranné prostředky – respirátory, roušky. Díky světové pandemii Covid jsme urychlili vývoj ochranných prostředků, kdy nanovlákenná membrána zajistí extrémně vysokou ochranu proti virovým a bakteriálním patogenům a zároveň funkcionalizace vláken pomocí biocidních látek (betadine) ještě více umocňuje ochranný efekt a prodlužuje dobu použitelnosti roušky či respirátoru.
• Implantabilní nanovlákenné nosiče a kryty ran. Nanostruktury z biodegrabilních polymerů funkcionalizované biologicky aktivními látkami z kmenových buněk pro léčbu defektů kostí, šlach, chrupavek a poranění kůže, kdy nanovlákna slouží jako podpůrný matrix pro růst buněk, zároveň podstupují pozvolnou biodegradaci a tím postupně uvolňují aktivní látky v místě poškození tkáně, čímž významně zvyšují regenerativní efekt.  
• Kosmetické masky na bázi nanovláken funkcionalizované aktivními látkami, vitamíny, kdy díky mimořádně velkému aktivnímu povrchu nanovláken dochází k vysoce efektivnímu transportu aktivních látek do kůže.

Environmentální technologie

• Filtrační nanovlákenné membrány pro filtraci vody a vzduchu, případně funkcionalizované inkorporací sorpční, antimikrobiální či antifoulingové složky. Tyto membrány jsou schopny velmi efektivně odstraňovat jak nežádoucí částice a patogeny, tak i přispět k zachycení řady kontaminantů, či zamezovat zarůstání filtrační membrány biofilmem, který snižuje filtrační schopnosti. 
• Nanovlákenné nosiče bakteriální biomasy pro čištění vod. Nanovlákenné příze zpracované do podoby 3D nosičů jsou ideálním prostředím pro růst mikroorganismů, které z vody efektivně odbourávají nežádoucí kontaminanty včetně pesticidů, reziduí léčiv a hormonů a dalších mikropolutantů.

Potravinářství a další průmyslová odvětví

• Nanovlákenné filtry pro filtraci rostlinných olejů, vína, destilátů a dalších médií. Filtry na bázi nanovláken poskytují vysokou efektivitu filtrace a díky vyšší propustnosti i snížení energetických nákladů. Zároveň tyto filtry díky specifickým vlastnostem nanostruktur prokazují též kvantově sorpční efekty a dokáží tak například z rostlinných olejů či vína eliminovat nežádoucí fosfatidy, rezidua pesticidů a dalších látek a tím  v jednom procesním kroku významně zvýšit senzorickou a nutriční kvalitu filtrovaných potravin.
• Inteligentní textilie. Nanovlákenné textilie s inkorporovanou elektricky vodivou složkou pro ochranné oděvy do výbušného prostředí. Textilie s naprášeným aktivním uhlím pro ochranné oděvy do prostředí kontaminovaného CBRN látkami. Textilie s integrovanými nanovlákennými biosenzory pro detekci specifických látek.

Naše klastrová organizace uspěla v poslední výzvě Operačního programu Technologie a aplikace pro konkurenceschopnost (OP TAK) s dvěma významnými inovačními projekty zaměřenými na rozvoj nanovlákenných struktur, pokročilých technologií a aplikací s vysokou.

Nanovlákenné filtry pro filtraci rostlinných olejů, vína a dalších médií

Zpracování rostlinných olejů, v tomto případě řepkového, je relativně komplikovaný proces, který zahrnuje řadu technologických kroků počínaje lisováním a filtrací, přes kyselou hydrataci pro odstranění fosfolipidů, alkalickou rafinaci pro odstranění mastných kyselin, bělení pro odstranění pigmentů, oxidačních produktů a reziduí kovů a konče deodorizací. Všechny tyto procesní kroky mají negativní vliv na nutriční a především senzorické vlastnosti rostlinného oleje a jsou samozřejmě energeticky a materiálově náročné. 

Prvotní myšlenkou bylo nahradit konvenční bavlněné rukávové filtry za filtry nanovlákenné, které by byly efektivnější a nevyžadovaly tak častou údržbu. To se po sérii experimentů skutečně podařilo. Jaké však bylo naše překvapení, když přefiltrovaný olej zároveň obsahoval výrazně nižší množství senzoricky nežádoucích látek. Následovalo náročné testování a analytické hodnocení, které prokázalo, že díky zatím ne zcela objasněným, pravděpodobně kvantově – sorpčním jevům na nanovlákenné membráně skutečně při filtraci oleje za vhodné teploty dochází k výraznému snížení obsahu fosfatidů, mastných kyselin, produktů oxidace a pigmentů. Při jednom procesním kroku tak získáme olej zbavený převážné většiny nežádoucích látek s nutričními a senzorickými vlastnostmi odpovídajícími panenskému oleji. Odpadá tak nutnost dalších procesních kroků, což má velmi pozitivní vliv jak na kvalitu oleje, tak na energetickou náročnost celého procesu zpracování rostlinného oleje. 

Povzbuzeni těmito úspěchy jsme se pokusili obdobnou technologii implementovat i do tak konzervativní a tradiční technologie, jako je výroba vína. Standardní celulózové filtry jsme nahradili nanovlákennými, nicméně prvotní výsledky ukázaly, že naše filtry jsou až příliš účinné – z červeného vína odstranili i pigmenty a učinili z něj bílé víno. Po sérii experimentů jsme vyvinuli optimální technologické řešení filtrace vinného moštu, které odstraní pouze nežádoucí nečistoty a to včetně bakteriálních patogenů. Přítomnost těchto patogenů ve víně je důvodem, proč vinaři musí stabilizovat víno přídavkem siřičitanů, které ovšem mají negativní senzorický vliv na kvalitu vína. Díky našemu řešení je tedy výrazně snížena potřeba přidávat do vína stabilizující sirnaté látky a výsledkem je zachování všech nutričních i senzorických vlastností vína. 

Nanovlákenné nosiče bakteriální biomasy pro čištění vod a vzduchu

V průběhu roku 2014 jsme vyvinuli unikátní technologii přípravy nanovlákenných přízí. Prostřednictvím této technologie je na nosné vlákno pomocí AC zvlákňování kontinuálně nanášena požadovaná vrstva nanovláken, čímž dojde k vytvoření pevného vlákna obaleného extrémně komplexní nanostrukturou. Tyto AC nanostruktury velmi věrně imitují tzv. extracelulární matrix buněk a tím představují ideální podpůrné prostředí pro růst a proliferaci různých typů mikroorganismů. Společenstva mikroorganismů, tvořená především bakteriální a fungální (houbovou) biomasou jsou schopna degradovat kontaminující látky ve vodním prostředí počínaje dusíkatými látkami a konče pesticidy a rezidui léčiv a hormonů. To nás přivedlo k myšlence využít tyto nanopříze jako nosiče mikrobiální biomasy pro čištění vod. Vytvořili jsme různé 3D verze nanovlákenných nosičů, od malých jednotek v řádu centimetrů, kterých je možné použít potřebné množství dle objemu čištěné vody (desítky až stovky jednotek) až po velké konstrukce nosičů o rozměrech mnoha metrů čtverečních, které lze využít jak ve stacionárních čistírnách, tak v modulárních mobilních čistících systémech pro lokální aplikace na kontaminovaných lokalitách. Pro tyto nosiče jsme schopni velmi přesně identifikovat vhodné složení mikrobiálního společenstva a cíleně jej osadit kulturou požadovaných mikroorganismů podle specifik kontaminace, což výrazně podpoří tvorbu a stabilizaci potřebného mikrobiálního společenstva. Testy na řadě lokalit prokázaly, že tyto nosiče biomasy jsou schopny nejen efektivně odstraňovat dusíkaté látky, ale také účinně snižovat koncentrace mikropolutantů, reziduí léčiv, hormonálních látek a pesticidů, což konvenční metody čištění vod neumožňují. Obdobný koncept jsme adaptovali a úspěšně otestovali také pro odstraňování nežádoucích těkavých látek ze vzduchu, které vznikají např. v čistírnách odpadních vod, bioplynových stanicích apod., kde tvoří obtěžující a někdy i nebezpečný zápach.

Implantabilní nanovlákenné nosiče a kryty ran

Nanostruktury vytvořené pomocí elektrostatického zvlákňování velmi věrně imitují tzv. extracelulární matrix buněk, což z nich činí ideální podpůrné prostředí pro buněčný růst a proliferaci. To nás přivedlo k myšlence využít naše nanostruktury jako buněčné nosiče v regenerativní medicíně a tkáňovém inženýrství. Nanostruktury umíme připravit z biokompatibilních a biodegrabilních polymerů a navíc je umíme dále funkcionalizovat pomocí biologicky aktivních látek. Vytvořili jsme tedy nanovlákenné nosiče z biopolymerů, které jsme funkcionalizovali několika způsoby – kmenovými buňkami, extrakty z kmenových buněk, růstovými faktory a dalšími biologicky aktivními látkami. Tyto nosiče jsme experimentálně implantovali na několik typů defektů tkání – poškozenou chrupavku, defekty kosti, v plánu je i poškození šlach. Nanovlákenná struktura v místě implantace podporuje prorůstání nové tkáně a navíc postupné přirozené odbourávání biopolymeru vede k pozvolnému uvolňování biologicky aktivní látky, která tak v místě defektu stále dosahuje optimálně koncentrace pro maximální podporu regenerativního efektu. 

Obdobných výsledků jsme dosáhli i v případě nanovlákenných krytů ran, kde jsou cílovou terapeutickou indikací těžce se hojící poškození kůže, bércové vředy, popáleniny a další. Zde funkcionalizovaná plošná nanostruktura funguje nejen jako bariéra, chránící ránu před patogeny a přitom zajišťující prodyšnost, ale navíc biodegradací polymeru dochází k postupnému uvolňování aktivní látky do místa poškození, což dále urychluje proces regenerace. 

Aplikace nanovlákenných funkcionalizovaných nosičů buněk a krytů ran na experimentálních a v omezené míře i lidských modelech prokázala vysokou efektivitu v podpoře regenerativního procesu hojení poškozené tkáně a také významné omezení nežádoucích komplikací.

Zástupci klastrové organizace Nanoprogress se v rámci Národního centra kompetence PolyEnvi21 v minulém týdnu zúčastnili konference PLASTKO 2024 na UTB ve Zlíně. Během dvoudenního setkání intenzivně probíhala diskuse o polymerních materiálech, jejich recyklaci.