Když se řekne včelí plástev, člověk si hned představí skupinu pracovitého hmyzu z řádu blanokřídlých. Kdo by neznal čaj s medem nebo nevyráběl ve školních letech svíčky z včelího vosku? Není náhoda, že se včely při budování včelího úlu zaměřují na získání maximálního množství prostoru za pomocí minimálního množství stavebního materiálu. Ve 4. století řecký geometr Pappus napsal: „Na základě jisté geometrické předvídavosti včely vědí, že šestiúhelník je větší než čtverec nebo trojúhelník a pobere víc medu se stejnou spotřebou materiálu a práce.“ Faktem je, že hexagonální struktura je pro přírodu tou nejstabilnější. Tato struktura má dobré mechanické vlastnosti, velký specifický povrch a nízkou hustotu. Struktura včelí plástve (z ang. HCP – honeycomb like pattern) byla inspirací pro mnoho odvětví, od architektury po chemické inženýrství a medicínu. Hlavním cílem těchto oborů bylo porozumět skvělým vlastnostem včelích pláství, které záleží na jejich struktuře, tvaru a použitém materiálu.
Během posledních několika desetiletí byla vyvinuta řada technik top-down a bottom-up, včetně fotolitografie, měkké litografie, fázové separace blokových kopolymerů a emulze k vytvoření uspořádané HCP konstrukce s kontrolovatelnými rozměry pórů v rozsahu jednotek nano- až mikrometrů. Tyto metody však obvykle zahrnují několik komplikovaných a nákladných kroků a v konečné fázi mohou poškodit HCP vzor. V roce 1994 Widawski a kol. jako první uvedl, že použitím takzvané Breath Figure (BF) metody, mohou být připraveny vysoce uspořádané filmy se vzorem včelích pláství. Ve srovnání s jinými metodami je BF všestrannou, jednoduchou, levnou metodou, avšak možnou nevýhodou metody BF může být požadavek velmi vlhkých podmínek okolní atmosféry a nízká použitelnost pro komerční polymery, které mohou omezit průmyslovou výrobu a její aplikační potenciál. Bylo provedeno několik pokusů, kterými lze připravit porézní struktury HCP tvaru v suchém prostředí, a to díky napodobení okolní vlhké atmosféry zavedením vody nebo málo těkavých špatných rozpouštědel do roztoku polymeru. Nicméně uniformita a uspořádanost vytvořených porézních vzorů byla poměrně malá vzhledem k náročnosti stabilizace kapek z takto připravené emulze.
Nedávno Bui a kol. popsali ve své studii techniku sestávající ze dvou kroků, tzv. metodu vylepšené fázové separace (z ang. IPS – improved phase separation), která byla úspěšně použita při výrobě HCP filmů bez přítomnosti vlhkého prostředí a bez použití povrchově aktivních látek. Metoda IPS byla vyvinuta pro biokompatibilní a biologicky odbouratelnou kyselinu polymléčnou (PLLA), ale byla také testována na několik dalších komerčně dostupných polymerech, jako polymethylmethakrylát a polystyren. Bylo prokázáno, že uspořádaná HCP struktura z PLLA poskytuje vhodný substrát pro dobrou adhezi a proliferaci NIH3T3 buněk pro využití v budoucích biomedicínských aplikacích. Poskytuje buňkám trojrozměrné prostředí, ve kterém se mohou chovat stejně, jako se chovají in vivo.
Na našem ústavu Inženýrství pevných látek se zaměřujeme na přípravu těchto vrstev z různých polymerů na pevnolátkových substrátech. Jejich aplikaci cílíme na tkáňové inženýrství, kdy se snažíme vzniklé vrstvy dále upravovat – přidávat aminokyseliny, nanočástice kovu, modifikovat povrch plazmatem či excimerovým laserem a zatraktivnit je pro následnou kultivaci buněk. Dále se zaměřujeme na nosiče léčiv, kde do mikroporézní vrstvy zabudujeme léčivo a sledujeme jeho následné uvolňování či na antibakteriální vlastnosti, kdy na povrch deponujeme kovovou vrstvu stříbra nebo zavedeme kov přímo do polymerní matrice a sledujeme, zda dochází k antibakteriálním účinkům.
Reference:
Widawski, G.; Rawiso, M.; Francois, B. Advances in Fabrication. Self-organized honeycomb morphology of star-polymer polystyrene films. Nature 1994, 369, 387–389.
Bui, V. T.; Ko, S. H.; Choi, H. S. A surfactant-free bio-compatible film with a highly ordered honeycomb pattern fabricated via an improved phase separation method. Chem. Commun. 2014, 50, 3817–3819.
Bui, V. T.; Thuy, L. T.; Nguyen, V. T.; Dao, V. D.; et al. Ordered honeycomb biocompatible polymer films via a one-step solution-immersion phase separation used as a scaffold for cell cultures. J. Chem. Eng. 2017, 320, 561–569.
P. Slepička, K. Neznalová, D. Fajstavr, N. Slepičková Kasálková, V. Švorčík, Honeycomb‐like pattern formation on perfluoroethylenepropylene enhanced by plasma treatment, Plasma Proc. Polym. 2019, 16, 1900063.
Autorka je doktorskou studentkou na Ústavu inženýrství pevných látek
