Hledáme nová přírodní lepidla

Lepidla znali už neandrtálci

Lepivé látky rostlinného nebo živočišného původu se v pradávné lidské historii objevily spolu s používáním kamenných nástrojů. Nejstarší archeologické nálezy naznačují, že přírodní lepidla používali již neandrtálci. Svědčí o tom například dva malé, ztužené kusy černého materiálu objevené v roce 1963 při archeologickém průzkumu pravěkého loveckého tábora v Königsaue, v někdejším východním Německu. Kousky obsahovaly otisk prstu a vtištěný tvar zřejmě pocházející od dřevěné rukojeti. Analýza tohoto materiálu prozradila, že se jedná o 40000 let starou březovou pryskyřici. Později se podařilo najít zbytky takovéto černé hmoty na celé řadě kamenných nástrojů neandrtálského původu. Nejstarší nálezy v Campitello ze střední Itálie jsou staré přes 200000 let.

V mladší době kamenné a raném starověku se objevilo první lepidlo na živočišné bázi - klih. Dosud nejstarší nálezy tohoto typu byly datovány do období před 8310-8110 léty a pocházejí z izraelské jeskyně Nahal Hemar z blízkosti Mrtvého moře. Do tohoto období rovněž spadá první použití malty v oblasti pakistánského města Mehrgarh (Balúčistán) při stavbách domů ze sušených cihel. Starověké používání pryskyřice je doloženo např. u soch v babylonských chrámech, které mají do očních důlků vlepeny slonovinové bulvy. Klih byl před 4000 lety již běžně používán starověkými Egypťany jako pojivo pro malbu obrazů, při stavbách budov i výrobě dřevěného nábytku. Ve starověku se později postupně začala používat i další lepidla živočišného původu, jako jsou vaječné bílky, mléko, sýry a včelí vosk. Vaječné bílky fungovaly skvěle pro lepení plátkového zlata při zdobení rukopisů. Včelí vosk byl využíván Římany k vyplňování prasklin mezi prkny lodí.

Lepidlo produkované kůží amerického mloka (foto Janek von Byern)

Průmyslová revoluce přinesla syntetická lepidla

První továrny na lepidla se objevily v Holandsku, Anglii, Německu, Švýcarsku a Spojených státech ještě před příchodem průmyslové revoluce. Tyto továrny se zaměřovaly na produkci lepidel na živočišné bázi ze zbytků zvířat při velkoprodukci masa. Do poloviny roku 1800 se objevila první lepidla na bázi kaučuku a s rozvojem moderní chemie ve třicátých letech minulého století začal prudký vývoj plně syntetických lepidel. Důležitým milníkem moderních dějin lepidel se stal rok 1958, kdy Harry Coover Jr. uvedl na trh svou první verzi vteřinového lepidla.

V dnešní době se používají převážně lepidla syntetická a kaučuková. Lepidla rostlinného a živočišného původu se ve srovnání s nimi používají v  mnohem menší míře. Pro řadu aplikací je však potřeba vyvinout lepidla nového typu – netoxická, biokompatibilní, nealergenní, s časově omezeným účinkem nebo bez negativního dopadu na životní prostředí. Jako klíčový zdroj inspirace nám může posloužit příroda. Nejdříve ovšem musíme lépe pochopit mechanismy bioadheze (přilnavosti), o kterých se toho ví až překvapivě málo.

Vědci hledají inspiraci v přírodě

V průběhu milionů let měla příroda v procesu evoluce dostatek času na vývoj lepidel a struktur, které fungují i za nejtvrdších a nejneobvyklejších podmínek. Příroda nám poskytuje mnoho příkladů organismů, které dosahují zdánlivě nemožných výkonů; hmyz dokáže chodit vzhůru nohama po vlhkém, prašném nebo pohybujícím se povrchu. Červ zachytí kořist lepkavými vlákny, která vystřeluje na velkou vzdálenost, nebo mlok se ubrání útočícímu hadu tím, že mu bleskově slepí tlamu. Jak to dělají?

Na to se teď zaměří vědci z různých oborů z Evropy a z celého světa. Tato nově vzniklá evropská síť odborníků, financovaná z mezinárodního programu COST (Akce CA15216), podrobí široké spektrum přírodních adhezivních látek vědeckému výzkumu s cílem vyvinout nová biolepidla na přírodní bázi (např. adheziva pro lékařství, průmyslové tmely, atd.). V průběhu příštích čtyř let se tito odborníci budou snažit pochopit princip fungování rozmanitých přírodních bioadheziv, najít postupy pro jejich syntetickou produkci a tyto přírodou inspirované produkty připravit pro průmyslovou výrobu. Jedním z dalších důležitých cílů vědců je splnit požadavek biokompatibility  těchto produktů.

Škeble na teflonu (foto Ingo Grunwald)

Ve Vídni představí odborníci robota schopného lézt po stěnách

První velké setkání odborníků se bude konat 6. a 7. března 2017 ve vídeňském Přírodovědném muzeu (Rakousko), kde tito vědci, inženýři a podnikatelé budou diskutovat o rozmanitosti různých systémů a mechanismů, které jsou za adhezi látek zodpovědné. Účastníci budou moci rovněž čerpat inspiraci prohlídkou sbírek ve více než 39 výstavních sálech muzea. Návštěvníci muzea z řad široké veřejnosti si 6. března 2017 budou moci prohlédnout ukázky různých adhezivních živočichů a rostlin, či přírodou inspirovaného robota schopného lézt po stěnách. Rovněž   budou moci diskutovat s odborníky a zvýšit si tak povědomí o výzkumu a využití přírodou inspirovaných lepidel a jejich potenciálních výhodách ve srovnání s komerčními průmyslovými a lékařskými lepidly na současném trhu.

Čeští vědci pracují na „hedvábném“ lepidle

Čeští účastníci tohoto programu, prof. Michal Žurovec (Entomologiký ústav Biologického centra AV ČR a přírodovědecká fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích) a jeho kolegyně Dr. Lucie Kučerová (Entomologický ústav Biologického centra AV ČR) předvedou během tohoto setkání své dlouholeté výsledky z výzkumu hmyzího hedvábí. Lepidlo obsažené v hedvábí housenek bource morušového je známo po celá staletí, protože se odstraňuje při zpracování kokonů rozpouštěním v horké vodě tak, aby se  rozvolnila jednotlivá hedvábná vlákna. Čeští vědci zjistili, že bourčí hedvábí obsahuje dokonce několik typů lepidel, tzv. sericinů, které pokrývají povrch vypřádaného vlákna a slouží housence k různým účelům. Na počátku konstrukce kokonů, kdy se vzrostlá housenka chystá zapřádat, si nejprve vytváří pevnou ukotvující síť. Tato síť je spojena nejpevnějším typem sericinů (lepidel), jež zajišťuje přichycení budoucího kokonu k větvi moruše. Při výzkumu tohoto lepidla vědci zjistili jeho nápadnou podobnost s lepidlem mořské škeble slávky jedlé. Podobně jako předoucí housenka využívá tato škeble svůj protein k pevnému přichycení ke skále, na které potom žije. Je až s podivem, že podobné hmyzí produkty dosud nikdo nestudoval.

Housenka bource morušového (foto Michal Žurovec)

Zajímavá lepidla produkuje ovšem celá řada hmyzích skupin, včetně larev chrostíků nebo dvoukřídlého hmyzu. Larvy chrostíků si lepí pod vodou pozoruhodné schránky, jak je známe z knih Ferdy Mravence od Ondřeje Sekory. Dokonce i notoricky známá muška octomilka vylučuje na konci larválního období ze své slinné žlázy silné lepidlo, kterým si zajistí pevné připojení k podkladu, například ke sklu. Produkty hmyzích a pavoučích žláz jsou zdrojem řady pozoruhodných biokompatibilních, nealergenních produktů s vynikajícími adhezivními či mechanickými vlastnostmi. Některé tyto produkty nalezly již uplatnění např. v kosmetice i zdravotnictví a další na využití čekají.