K popularizaci této nanotechnologie přispěl COLORLAK, a. s., český výrobce nátěrových hmot, který na podzim na veletrhu Medical Fair Brno Central Europe získal nominaci na Medical Fair Brno Award 2010 v kategorii Zdravotnický provoz, zázemí, vybavení svým nanonátěrem pod označením FN® – AKTIVNÍ NANO STĚNA, která svým účinkem může být chápána jako čistička vzduchu. Jde o vodnou suspenzi fotoaktivního oxidu titaničitého a anorganických pojiv. Po nanesení a zaschnutí vytvoří vrstvu o síle 0,005–0,01 mm, která má schopnost za přítomnosti UVA záření rozkládat všechny organické částice (viry, bakterie, spory plísní, organické alergeny), chemické molekuly způsobující zápachy včetně zápachu cigaretového kouře, rozkládat výfukové zplodiny, výpary z průmyslové a zemědělské výroby apod. na vodu a oxid uhličitý.

Podstatou tohoto procesu je fotokatalýza. Před třemi roky jsem měl možnost testovat antimikrobiální účinky funkčního nátěru FN-2, který nám k ověření dodal za oba autory patentu ing. Jan Procházka, Ph. D., z firmy Advanced Materials – JTJ s. r. o. Firma se zabývá vývojem pokročilých nanomateriálů. Fotokatalýzou nazýváme schopnost oxidu titaničitého působit jako katalyzátor rozkladu organických látek za působení „měkkého“ ultrafialového (UVA) záření o frekvencích v rozsahu od 340 do 370 nm neškodného lidskému organismu. K vyvolání fotokatalýzy postačuje dávka 2–3 µW/cm2 UVA záření. TiO2 funguje jako polovodič, který je chemicky aktivován energií UV záření. Při ní dochází absorpcí UV záření vrstvou TiO2 k vytvoření párů „elektron–díra“, které reagují s kyslíkem a vodou za vzniku hydroxylových radikálů a superoxidových aniontů. Světlo, dopadající na polovodičový katalyzátor, způsobí přesun elektronu z energeticky nižší (valenční) hladiny na vyšší (vodivostní) hladinu a tím jsou vytvářena elektricky nabitá centra: foton + polovodič › h+ + e–, kde e– je pohyblivý elektron, h+ je kladně nabité centrum (elektronová mezera, angl. „hole“, díra).

Podaří-li se tato centra odděleně využít, uvolňuje se elektrická energie nebo probíhá chemická reakce. Elektron působí redukci, na straně kladného centra dojde k oxidaci. Hlavní a nejpravděpodobnější reakcí je opětné sloučení obou center a degradace světelné energie na teplo. O úspěšném výsledku fotokatalýzy rozhoduje kinetika vyvolaných chemických reakcí. Kladná centra jsou sama o sobě silná oxidační činidla. Je-li přítomna voda, vznikají radikály OH•, které jsou nejsilnějšími známými oxidačními činidly: h+ + H2O › OH• + H+. Oxidační potenciál radikálů OH• je 2,80 eV a je srovnatelný s oxidačním potenciálem fluoru (2,87 eV) nebo ozonu (2,07 eV), tedy známými oxidanty.

Naše výsledky testování antimikrobiálních účinků funkčního nátěru FN-2

Nátěry s oxidem titaničitým (TiO2) byly na dodaných skleněných deskách velikosti 300 cm2 s drsným povrchem, kontrolní skleněné plochy bez naneseného testovaného nátěru měly stejnou velikost a stejný charakter povrchu. K osvětlování byl použit zdroj UVA záření 370 nm Omnilux. Na základě doporučení výrobce a dostupných metodik byla doba osvitu stanovena 20, 60 a 120 minut. K testování byly použity dva druhy bakterií, které přežívají na plochách ve zdravotnických zařízeních: Staphylococcus aureus sbírkový kmen CCM 3953 denzity 1,8 x 108 CFU/ml a Enterococcus faecalis sbírkový kmen CCM 4224 vysoké denzity 5,6 x 108 CFU/ml (kolonie tvořící jednotky). Oba kmeny používáme k testování účinnosti dezinfekčních prostředků. Jsou dostatečně odolné pro testování antimikrobních látek. Objem suspenze byl zvolen tak, aby na plochu 25 cm2 připadlo 100 mikrolitrů obsahujících 1 x 107 CFU. Pro sledování počtu kolonií před pokusy a během pokusů byla zvolena metoda přímých otisků na plotnu s krevním agarem plochy 25 cm2. Plochy byly sledovány po uplynutí 24 hodin a po 5 dnech.

Skleněné desky byly ponechány v uzavřeném laminárním boxu a proti světelnému záření a poklesu vlhkosti byly chráněny fólií z alobalu. Odběry provedené v čase 0 (kontrola), 20 až 120 minut po zaschnutí suspenze prokázaly nespočetné množství přežívajících bakterií na všech otiscích. Během 20–120minutového osvitu došlo při odečítání po 24 hodinách k celkovému snížení počtu kolonií Staphylococcus aureus z nespočetného množství na 1,03 x 102 CFU (po 60minutovém osvitu) a obdobně k poklesu počtu kolonií Enterococcus faecalis na 3,3 x 102 CFU, tj. u obou kmenů o 5 logaritmických řádů. Během 5 dní docházelo ke spontánnímu hynutí bakterií. Zřetelný vliv TiO2 v nátěru se projevil při odběrech provedených po uplynutí 5 dnů. Výskyt stafylokoků oproti počtu přežívajících v kontrolách bez osvitu byl 1,3 %, výskyt enterokoků 0,8 %. Fotokatalytické antimikrobiální působení oxidu titaničitého se může v jednotlivých experimentech i v téže laboratoři podle zvolené metodiky lišit. Naše zkušenosti ukázaly, že původní populace bakterií musí být vyšší denzity, avšak hodnocení vlivu TiO2 je vhodné provádět nejdříve za 24 hodin. Můžeme předpokládat, že každý fyzikální a chemický vliv zkoumané látky vyžaduje odpovídající expozici. Průkazné antibakteriální účinky na plochách s TiO2 se projevily za 5 dní po expozici UVA záření.

Závěr

Funkční nátěr je pro praxi významným přínosem. Aplikovaný na strop nebo stěny v interiéru vytvoří po nanesení a zaschnutí mikrovrstvu, která má na povrchu zvýšené množství fotoaktivních nanočástic oxidu titaničitého. Chemické složení aktivní látky Degussa P-25 jsou čtverečné krystalické formy anatasu a rutilu v poměru 3:1 s průměrnou velikostí 21 nm. Zásadní vlastností vrstvy je její vysoká porezita a obrovský měrný povrch. Jeden gram oxidu titaničitého vytvoří měrný povrch nanočástic plochy přes 1000 m2. Tím se výrazně zvyšují katalytické a další účinky vrstvy nanočástic. Aktivní stěna dokáže během 24 hodin odstranit ze vzduchu běžné místnosti 1 kg organických škodlivin. Oxid titaničitý se vyrábí v krystalických modifikacích jako anatas nebo rutil. Rutil je povolen podle směrnice č. 94/36/ES jako barvivo pro použití v potravinách a v potahových vrstvách tablet u doplňků stravy (E 171). V prosinci 2004 uvedl Evropský úřad pro bezpečnost potravin, že používání rutilové formy v destičkové či amorfní podobě nepředstavuje žádné bezpečnostní riziko.

Jak z obou schémat vysvětlujících principy působení plyne, dochází i k oxidaci polutantů a ze vzduchu se odstraňují nejen škodliviny, ale také zápach a kouř. Nátěr je proto také mimořádně vhodný do místností, kde se vaří nebo kouří. Aktivní povrch nátěru způsobuje samočištění a podkladové plochy zůstávají déle čisté. Vydatnost nátěru je 1 litr na 10 m2. Jeden litr vystačí ve třech vrstvách na strop průměrné místnosti, který pak funguje jako čistička vzduchu. Chrání a přibližně 3krát prodlužuje trvanlivost podkladové malby. Podklad by měl být tvořen disperzními akrylátovými nátěry (např. Primalex Polar, Primalex Plus, Malba Plus apod.), silikátovými a s určitou rezervou silikonovými barvami, protože fotokatalytická vrstva má slabou kryvost. Oddělení malby a fotoaktivního nátěru je podstatou úspěchu. Některé firmy spojují fotokatalýzu s barvami a jejich produkty mají významně nižší fotokatalytický účinek.

Funkční nátěry lze používat i v místnostech bez oken, kam je možno instalovat zdroj ultrafialového záření o frekvencích neškodných lidskému organismu. Nanášení funkčních nátěrů je stejně jednoduché jako u běžných barev. Nátěry nevyžadují žádnou údržbu a jejich účinnost se nesnižuje s časem, ke snížení dochází pouze v případě mechanického poškození. Suspenze funkčních nátěrů jsou ředitelné vodou a neobsahují organická rozpouštědla, jsou pH neutrální a zdravotně nezávadné. V dnešní době trávíme v místnostech až 90 % svého času. Výrazně nižší cirkulace vzduchu v klimatizovaných budovách způsobuje, že až 30 % klimatizovaných budov trpí tzv. syndromem nezdravých budov. Aktivní stěna je proto vhodná pro alergiky, astmatiky, lidi často trpící nemocemi bakteriálního původu.

Účinnost proti virům byla popisována již dříve, ale zásadní stanovisko vydala v roce 2009 Agentura pro ochranu životního prostředí (Environmental Protection Agency, U. S. EPA) s doporučením účinné prevence proti mexické (prasečí) chřipce. Informaci o účincích proti ptačí chřipce přinesla i konference Euronanoforum v Praze v roce 2009. Výrazné zlepšení ovzduší by mohla ocenit zejména zdravotnická zařízení. Nátěr aplikovaný na strop a stěny nad obklady na operačních sálech a v dalších prostorách s definovanou třídou čistoty by zvýšil i účinek zabudovaných klimatizačních zařízení. Produkt je vhodný také pro všechna místa s rizikem šíření nákaz vzduchem a s vyšší koncentrací lidí, jako jsou úřady, banky a další veřejné instituce. Aktivní stěna ze vzduchu odstraňuje také všechny zápachy a cigaretový kouř, lze ji proto doporučit i do stravovacích zařízení, restaurací, hotelů apod. Literatura

O autorovi: RNDr. Erich Pazdziora, CSc. Zdravotní ústav se sídlem v Ostravě (erich.pazdziora@zu.cz)

https://www.advancedmaterials1.com/index_soubory/aktuality.htm

https://mujdum.dumabyt.cz/rubriky/stavba/omitky-maji-hlavne-ucinne-chranit-dum_1638.html