Chemie a duše(vní) vlastnictví

Pokud se zamyslíme nad obory lidských činností, asi bychom těžko hledali nějaký, do kterého chemie nezasáhla. Je nemilou pravdou, že chemie je populací v dnešní době chápána spíše negativně. A nemyslím tím ani vzdělávání v oboru chemie. Neustále slyšíme, že potraviny jsou plné chemie, pole jsou nasycena chemií, dětské hračky uvolňují nebezpečné chemikálie a mnoho dalšího. Nechci zde poukazovat na negativní, či pozitivní vliv chemie na život, pouze na to, že chemie ovlivňuje značnou část lidského života.

Zkusme se podívat na nějaké praktické obory lidské činnosti, které využívají chemických zákonitostí. Ráno vstanete z postele, rozhodíte povlečenou PEŘINU, a jak se zvedáte, zarachotí KOVOVÝ rám. Přijdete do koupelny, pustíte si VODU a na kartáček vymáčknete ZUBNÍ PASTU. Poté si pro jistotu vypláchnete ústa ÚSTNÍ VODOU. Až se omyjete, otřete si obličej i ruce do FROTÉ ručníku. Poté si dojdete na toaletu. Následně se odeberete do kuchyně, kde zapnete NEREZOVOU rychlovarnou konvici a připravíte si anglický ČAJ Earl Grey. Mezitím si vyndáte ze šuplíku KERAMICKÝ nůž, abyste si nařízli kůru POMERANČE a připravili ho tak k oloupání. Ještě než začne vřít voda na čaj, sáhnete do lednice a vyndáte si OVOCNÝ JOGURT. Pokud bude čas, vše u stolu v klidu sníte a půjdete se převléknout. Podle svého vkusu si oblečete BAVLNĚNÉ ponožky, SILONKY, KOŽENÝ pásek, TVÍDOVÉ sako či kravatu z POLYESTERU. Až ráno vše zvládnete, odejdete do práce. Ženy nezapomenou na ZLATÉ (či STŘÍBRNÉ) šperky často doplněné SYNTETICKÝMI BRILIANTY. Do KOŽENÉ tašky si dáte PAPÍROVÉ kapesníky, malou nádobku PET lahve s vodou a mobilní telefon. Váš chemický den začal. 

Výše uvedeným odstavcem jsem chtěl jen v úvodu poukázat na hluboké zakořenění chemie do praktického života. Je až neskutečné, jak se pro nás staly všechny tyto věci samozřejmými. Dovolím si přece jenom rozebrat, co jsem myslel slovy, která jsou psána KAPITÁLKOU.  Domnívám se, že tato část je přímo aplikovatelná do vzdělávání chemie na základních a středních školách.

povlak PEŘINY – nové povlaky jsou utkány patentovaným postupem z jemných vláken polyesteru, pravidelná mikroskopická velikost mezer zamezuje průniku alergenů.

KOVOVÝ rám – je vyroben z oceli, jedná se o slitinu převážně železa a uhlíku (minoritní složka, cca do 2 %) a dalších legujících prvků.

VODA – musí projít úpravnou vod, a to tak, aby produktem byla pitná voda vyhovující hygienickým normám.

ZUBNÍ PASTA – je tvořena hlavně vodou a abrazivními látkami, obsahuje též pěnidla, léčivé látky, barvy a příchutě.

ÚSTNÍ VODA – se používá po vyčištění zubů, měla by odstranit bakterie v mezizubních prostorách, krom vody a příchutí obsahuje také léčivé látky.

FROTÉ ručník – neboli smyčková tkanina je speciální trojrozměrný materiál, nejčastěji z bavlny, jeho předností je vynikající savost.

NEREZOVÁ rychlovarná konvice – je vyrobena z vysokolegované oceli; korozivzdornosti ocele se dosahuje tzv. pasivací povrchu železa, např. pomocí chromu.

ČAJ Earl Grey – jedná se o čajovou směs, jejíž charakteristickou vůni významně ovlivňuje bergamotová silice. Bergamot obsahuje voňavé ovoce barvou podobné citronům. 

KERAMICKÝ nůž – je řezací nástroj, jehož čepel je vyrobena z oxidu zirkoničitého. Je tvrdší než ocel, ovšem značně křehčí.

POMERANČ – jako citrusový plod je ošetřen mnoha látkami, např. proti zkažení se používal bifenyl (E 230), dnes jsou používány i vosky a estery, které zabraňují vysoušení plodů.

OVOCNÝ JOGURT – je často doplněn o tzv. konzervanty a mnohá barviva, jako plnivo se někdy používá škrob.

BAVLNĚNÉ ponožky – jsou vyrobené z bavlny, která se získává z bavlníku; bavlna je tvořena celulózou (polysacharid), má dobrou pevnost v tahu a velkou savost.

SILONKY – jsou vyrobeny ze silonu, což je polyamidové vlákno tzv. typu 6, vývoj a výroba vlákna spadá do Baťových závodů ve Zlíně.

KOŽENÝ pásek – je původem z tělního pokryvu obratlovců, zpracování kůže je složitý mechanicko-chemický proces, který závisí na dalším použití produktu.

TVÍDOVÉ sako – je ušito z látky, která má vlněný povrch; slovo tvíd je obchodní označení.

kravata z POLYESTERU – je ze synteticky vyrobených vláken, výhodou je malá navlhavost, stálost; omak i lesk může být podobný přírodnímu hedvábí.

ZLATÉ šperky – jedná se o drahý kov; zlato má výbornou chemickou odolnost, při výrobě šperků se většinou používá jako slitina se stříbrem, mědí a jinými kovy.

SYNTETICKÝ BRILIANT – jedná se podstatou o diamant (uhlíková struktura), který je vybroušen do speciálního tvaru s ploškami, aby bylo dosaženo vynikajícího lesku.  

PAPÍROVÉ kapesníky – jejich podstatným materiálem je buničina, kapesníky se bohužel nevyrábějí z papíru, který se rozkládá po namočení, jako je tomu například u toaletního papíru.   

PET láhev – je vyrobena z polyethylentereftalátu, vlastnostmi ho řadíme k termoplastům, má vynikající nemačkavé vlastnosti, určitou nevýhodou může být degradace PET, která je doprovázena uvolňováním chemických látek.  

Z krátkého rozboru vidíme, jak hluboko sahá vliv chemie do každodenního lidského života. I proto jsou všechny tyto věci v určité míře zařazeny do vzdělávacích dokumentů základního a středního vzdělávání – a to nejen v chemii. Vyučování chemie v kombinaci CHEMIE → APLIKACE a naopak je naprosto klíčové. Něco podstatného ovšem v tomto obousměrném vztahu chybí. A mnozí jste to jistě poznali již z výše uvedeného rozboru. Všechny tyto věci a látky někdo vymyslel. Ukrývají v sobě objevitelskou historii. Pokud ovšem někdo objeví nový poznatek, postup výroby, princip činnosti, zařízení, chce si svůj vynález ochránit a nakládat s právy ke svému vynálezu. Výzkum a vývoj jsou dnes velmi nákladné, a tak vynálezce chce mít právo svůj vynález vyrábět, užívat, prodávat, nabízet a dovážet.

Zkusme se nyní společně podívat, jestli i tuto část lidského snažení v chemii nalezneme. 

Péče o zuby

Základní balíček péče o zuby obsahuje zubní kartáček, zubní pastu, popř. zubní nit. Zubní kartáček lidé používali podle odhadů již více než 3000 let př. n. l. První kartáček, jak ho známe dnes, byl patentován v USA v roce 1857 Hiramem Nicholsonem Wadsworthem. První vlákna byla přírodní – ze zvířecích štětin, teprve později se začala vyrábět vlákna nylonová. První zmínka o kartáčku na zuby je opředena tajemstvím.

V roce 1780 se anglický obchodník William Addis ocitl ve vězení. K čištění chrupu byl údajně inspirován koštětem. Vyžádal si od dozorců štětiny, které zapíchal do proděravěné kosti od jídla. Tento zubní kartáček se brzy stal velmi populárním. Addisův syn později vedl firmu a kartáčky vyráběl. Dražší kartáčky měly štětiny z jezevce, ty levnější z prasete. Štětiny se přestaly používat až po objevení nylonu.

Krásný příklad vylepšování zubních kartáčků a generování technického pokroku se odehrál již ve 20. století. V roce 1954 vynalezl Dr. Philippe-Guy Woog kartáček elektrický. V roce 1959 ho představil v USA a o dva roky později vyvinula firma General Electric svůj vlastní elektrický kartáček – ten byl ovšem na rozdíl od Woogova na baterie. 

Umělé kontaktní čočky

Otto Wichterle byl náš přední chemik. Dovoluji si říci, že běžná populace jej považuje za jednoho ze dvou nejznámějších českých chemiků (tím druhým je bezesporu Jaroslav Heyrovský). Prof. Wichterle proslul ve světě i u nás svým objevem kontaktních čoček. Počátek jeho úvah o kontaktních čočkách můžeme datovat do roku 1952, kdy cestou vlakem zhlédl u spolucestujícího článek o možnostech chirurgických náhrad oka. O. Wichterle si uvědomil, že ideálním materiálem pro implantát by byla umělá hmota. Jelikož byl makromolekulární organický chemik, začal ihned pracovat na svých nápadech. Jako nadějný materiál se jevil hydroxyethylmetakrylát (C₆H₁₀O₃). Tento materiál má velmi dobrou snášenlivost s biologickou hmotou (tzv. biokompatibilitu) a umožňuje dobrou propustnost pro nízkomolekulární látky jako je např. voda a kyslík. Velké problémy měl prof. Wichterle a jeho spolupracovníci s opracováním tohoto polymeru. Při odlévání do forem se čočky trhaly a okraje byly velmi nepravidelné. Prof. Wichterle byl v nelibosti tehdejšího totalitního režimu a v roce 1961 musel oficiálně výzkumy přerušit kvůli nedostačujícím výsledkům. A tak O. Wichterle začal na kontaktních čočkách pracovat doma. Ke konci roku 1961 se mu podařilo objevit nový způsob zpracování  hydroxyethylmetakrylátu. Jednalo se o relativně jednoduchou a nenákladnou metodu odstředivého odlévání v rotujících odlévacích formách. Přístroj, ve kterém prof. Wichterle zhotovil první kontaktní čočky, je velmi známý. Byl vyrobený z dětské stavebnice Merkur a pohon zajišťovalo dynamo z jízdního kola (později motorek z gramofonu). Byl to naprosto průlomový objev, a to nejen v oboru zdravotnictví.

Tímto objevem však neměl Otto Wichterle nikterak vyhráno, spíš naopak. Největší životní nesnáze ho teprve čekaly. Výroba čoček se stále zdokonalovala a jejich propagace se pomalu šířila i za hranice Československa – do Evropy a hlavně do USA. Dochází k dojednání licenčních smluv (souhlas k využívání patentu se uděluje právě licenční smlouvou) s mnoha zeměmi Evropy i se Spojenými státy. Otto Wichterle měl způsob výroby kontaktních čoček samozřejmě chráněn patentem. Patentový spis „Způsob výroby kontaktních čoček“,  přihlášen v roce 1962, si můžete prohlédnout na fotografii pod tímto textem. V roce 1965 jsou podepsány licenční smlouvy s firmou Flexible Contact Lens Corporation (založena až po podepsání licenční smlouvy). Soudní spory začaly v 70. letech, američtí partneři je zprvu vedli proti americkým firmám, které patenty dlouhodobě porušovaly. Mnoho firem začalo napadat pravost Wichterleho patentů. V sedmdesátých letech ovšem již z politických důvodů prof. Wichterle nemohl vycestovat z naší země a účastnit se tak soudních procesů v USA. Začala velmi složitá cesta rušení patentů, dokládání důkazních materiálů, zdali Otto Wichterle opravdu v roce 1961 hydrofilní kontaktní čočky vynalezl, a mnoho dalšího dění. Prof. Wichterlemu se nakonec podařilo odcestovat a podat se svým kolegou prokazatelné důkazy a soud vyhrát. Poté následovaly další soudy, které prof. Wichterle vyhrál.

Po revoluci se stává prof. Wichterle prezidentem ČSAV, je mu uděleno několik vědeckých vyznamenání. Prof. Ing. RTDr. Otto Wichterle, Dr.Sc., Dr. h. c. umírá v nedožitých 85 letech na své chatě, píše se rok 1998. 

Obr. 1: Patentový spis 116900

Na dvou výše zmíněných příkladech můžeme vidět, jak duševní právo (v tomto případě vynálezy/patenty) zasahuje do vědeckého a technického světa. Na životě prof. Wichterleho je spletitá síť duševních práv viditelná velmi jasně. Nemělo by se tedy i problematika duševního vlastnictví stát nedílnou součástí vzdělávání v oboru chemie? 

Několik málo nápadů na činnosti

1.  V úvodním příběhu tohoto článku jsem se zmínil o zubních pastách. Pokuste se pomocí databáze Úřadu průmyslového vlastnictví – Databáze patentů a užitných vzorů (http://upv.cz/cs/sluzby-uradu/databaze-on-line/databaze-patentu-a-uzitnych-vzoru/narodni-databaze.html) nalézt chemické složení prvních patentovaných zubních past. Poté chemické složení porovnejte se současným složením zubních past.

2. Otto Wichterle si nechal patentovat „Způsob výroby kontaktních čoček“. Nalezněte, pomocí databáze Úřadu průmyslového vlastnictví – Databáze patentů a užitných vzorů (http://upv.cz/cs/sluzby-uradu/databaze-on-line/databaze-patentu-a-uzitnych-vzoru/narodni-databaze.html), zdali získal Otto Wichterle ještě nějaké další patenty týkající se kontaktních čoček. Pokud ano, tak jaké?

3. Zubní kartáček je dnes již běžnou součástí ústní hygieny. Pokuste se pomocí databáze Úřadu průmyslového vlastnictví – Databáze patentů a užitných vzorů (http://upv.cz/cs/sluzby-uradu/databaze-on-line/databaze-patentu-a-uzitnych-vzoru/narodni-databaze.html), nalézt staré patenty zubních kartáčků. Z nalezených zubních kartáčků vyberte ty, které se Vám zdají prakticky zajímavé, či komerčně využitelné.

4. Pomocí internetu či jiné literatury nalezněte, z jakých materiálů se dnes vyrábějí kontaktní čočky, popř. jakými technologickými postupy.

Použité zdroje:

[1] Úřad průmyslového vlastnictví [online]. Dostupné z: http://www.upv.cz

[2] Technická řešení a jejich právní ochrana: Informační brožura. Praha: Úřad průmyslového vlastnictví.

[3] Otto Wichterle: Vzpomínky, Academia 2005, ISBN 80-200-1345-8. 

Obr. 1: Patentový spis 116900: [cit. 2013-11-25]. Dostupný z: http://spisy.upv.cz/Patents/FullDocuments/116/116900.pdf