18. listopadu 2021 08:07

Moderní mikroskopie proniká do průmyslu

V oblasti mikroskopie patří české firmy i výzkumné týmy mezi nejlepší na světě. Především elektronová mikroskopie dnes dosahuje úspěchů v jiných odvětvích české společnosti nevídaných. Asi čtvrtina celosvětových výdajů za elektronové mikroskopy jde za přístroji vyráběnými brněnskými firmami. Ty se stále více prosazují i při výzkumu nových průmyslových materiálů v automobilovém, ocelářském a polovodičovém průmyslu i vývoji baterií a mikročipů.

 Letošní mezinárodní strojírenský veletrh představil řadu novinek z Průmyslu 4.0 a digitalizace. Jednou z oblastí, která se stává nedílnou součástí průmyslu, je i mikroskopie. Moderní laboratoře ať už v jednotlivých odvětvích průmyslu či vědy se dnes bez špičkového mikroskopu neobejdou. Používají je oceláři při vývoji nových pevnějších materiálů pro výrobu aut i chemici při zkoumání vlastností nových polymerů a kompozitních materiálů. Také výrobci mobilních telefonů by bez něj při vývoji nového čipu nemohli sledovat chování jednotlivých tranzistorů.

práce na elektronovém mikroskopu Thermo Scientific Aquilos

Nová generace oceli
Ukazuje se, že korelativní mikroskopie má zásadní význam také při vývoji moderních ocelí. „Umožňuje nám optimalizovat přípravu metalografických vzorků a tím významně zpřesnit možnosti identifikace jednotlivých fází. To vede k lepšímu pochopení vztahu mezi strukturou a výslednými mechanickými vlastnostmi ocelí, což je zásadní pro vývoj nové generace, jako jsou například vysokopevnostní ocele pro automobilový průmysl,“ říká Šárka Mikmeková z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ČR. Ta se spolu se svým japonským kolegou podílela na vytvoření nové generace vysokopevnostní oceli, která si i přes nižší profil zachová veškeré bezpečnostní prvky. Takzvaná TRIP ocel je klíčovým materiálem v automobilovém průmyslu, kde slouží k výrobě odlehčených karosérií, používá se i pro výrobu komponent v leteckém průmyslu či při stavbě mrakodrapů. Pro její další vývoj je stěžejní pochopení vztahu mezi mikrostrukturou a výslednými mechanickými vlastnostmi. Podle vědkyně je ocel materiálem budoucnosti i z důvodu, že oproti různým kompozitním materiálům lze kompletně recyklovat a znovu použít. „To je velký bonus, ocel je opravdu eco friendly,“ doplňuje Mikmeková.

Kombinace metod přináší výsledky
Podle Českého optického klastru, který sdružuje představitele vědy a průmyslu působící v oblasti optiky a přidružených oborů, je dnešním trendem vysoká automatizace zkoumání a zpracování obrovského množství dat. S vývojem nových výrobků rostou i požadavky na zkracování doby zkoumání, tedy zrychlování mikroskopů. Neustálou výzvou je i zlepšování schopnosti rozlišovat detaily a vidět hlouběji do nitra hmoty. „Každá analytická metoda přináší obvykle jen částečnou informaci o studovaném materiálu, nicméně právě korelací výsledků z jednotlivých technik získáme informaci ucelenou. Proto je současnou tendencí mít víceúčelové zařízení s možností co nejvíce technik vzájemně kombinovat,“ doplňuje Tomáš Šamořil, který se ve společnosti Tescan specializuje na metody nanoprototypování a hmotnostní spektrometrie. „Tato technika nachází své využití ve vývoji lithium-iontových akumulátorů, které jsou nedílnou součástí především mobilních telefonů a elektricky napájených automobilů, dále pak v chemické analýze těžených hornin, kovových slitin, radioaktivních materiálů apod.,“ doplňuje Šamořil.

Financování průmyslových inovací
Vývoj nových technologií či materiálů není doménou jen nadnárodních korporací s velkým finančním zázemím, řada inovací vzniká i v malých firmách. Například úspěšný spin-off NenoVision z CEITEC VUT vyvinul doplněk elektronového mikroskopu umožňující trojrozměrné zobrazení, což je důležité například pro výzkum solárních článků nebo mikročipů.
Právě k menším firmám s velkým inovačním potenciálem směřují služby inovační agentury JIC, která se zabývá podporou rozvoje inovativního podnikání, a to jak začínajících, tak zkušených podnikatelů s ambicí prosadit se na mezinárodním trhu. Její odborníci dokážou firmy nasměřovat k vhodnému zdroji financování, provést je celým procesem podání žádosti, podpořit je při přípravě kvalitního projektu a poskytnout jim cenná data o trhu a technologických trendech v dané oblasti. „Podmínka inovativnosti podpořených produktů nás vede ke specializaci na vysoce konkurenční programy spravované přímo Evropskou komisí. Jde především o Horizon Europe a jeho EIC Accelerator, který financuje dokončení vývoje a škálování průlomových inovací s potenciálem vytvořit nový nebo výrazně ovlivnit stávající trh,“ říká Monika Vrbková z JIC.
Díky zapojení do největší evropské sítě na podporu podnikání Enterprise Europe Network umí agentura firmu propojit i se zahraničními partnery. Dokážou také zprostředkovat financování i velmi raným záměrům, které potřebují prostředky na výrobu prototypu a jeho ověření. Firmám k tomu nabízí program Prototypuj a ověřuj. Podobným způsobem podporuje JIC rozvoj inovací v oblasti pozemského využití vesmírných technologií prostřednictvím inkubátoru Evropské kosmické agentury.

Mikroskopický detail materiálu

Budoucnost patří mikroskopii
Jak už bylo řečeno, kromě tradičního uplatnění v biologických vědách nachází moderní mikroskopie stále častěji aplikace v materiálových vědách v automobilovém, ocelářském a polovodičovém průmyslu či ve vývoji baterií a mikročipů. V oblasti medicíny přispívá k rychlejšímu vývoji nových léků pro účinnou léčbu závažných onemocnění. Díky moderní mikroskopii mohou vznikat inovace v medicíně, v oblasti ochrany životního prostředí, leteckém nebo automobilovém průmyslu. O podporu tohoto rychle se rozvíjejícího oboru se v České republice snaží i Český optický klast. Ten v říjnu, před MSV, zorganizoval v Brně dvě konference s mezinárodní účastí právě k možnostem využití moderní mikroskopie v průmyslové sféře a medicíně. „Naší ambicí bylo propojit odborníky, firmy a vědecké instituce zabývající se různými typy mikroskopie a společně hledat způsoby, jak spojit výhody jednotlivých technik. Chtěli jsme posunout možnosti analýzy a zkoumání živých i neživých materiálů o krok kupředu. V těchto akcích budeme pokračovat. Konference jsou zdarma přístupné také průmyslovým firmám, pro více informací se na nás mohou kdykoliv obrátit,“ uzavírá Jiří Očadlík z Českého optického klastru.