Jak nejlépe ochránit vojáky? Perlovým plastem v neprůstřelných vestách

Pokud chceme popsat něco zcela výjimečného, často použijeme slovo perla. Perla vždy byla a stále je předmětem, na němž zcela po zásluze ulpí naše pozornost. Zdá se ovšem, že už nebudou jen ozdobou krásných žen. Perly si nyní vyhlédli i vojáci. Ne snad, že by chtěli nosit náhrdelníky. Z vnějšího povlaku perel vytvořili vědci z University of Buffalo unikátní plast, který je čtrnáctkrát silnější a osmkrát lehčí než ocel. A výztuž z tohoto plastu je ideální pro ochranu před projektily.

Hlavním zdrojem perel jsou mořské perlotvorky rodu Pinctada, u sladkovodních, mezi něž patří i naše perlorodka říční, je to zase rod Margaritifera. V zásadě lze však říct, že se perly vyskytují u měkkýšů, kteří jsou schopni vnitřek svého úkrytu pokrýt perletí. Tak lze perly nalézt třeba i u chráněné zévy obrovské, což popisuje Jules Verne v jednom z četných příběhů profesora Pierra Aronnaxe v knize Dvacet tisíc mil pod mořem.

Namísto rukou klenotníků perly končí i pod mikroskopy zbrojařů. Ti už dříve vyvíjeli materiály na ochranu před střelami ze speciálně upraveného polyethylenu s vysokou molekulovou hmotností.

Perly vytvářejí také další druhy z rodu velevrubů, umějí to rovněž ušně a dovedou to dokonce některé druhy plžů. Ne každý měkkýš má ovšem tu schopnost „vyrábět“ perly. Vtip o hostovi restaurace, jenž nemá na útratu a žádá číšníka, aby mu přinesl ústřice, a poté se modlí, aby tam alespoň jedna perla byla, tedy nemá opodstatnění. V těch ústřicích, které labužníci konzumují spolu se šampaňským, zkrátka perly nejsou.

Jak je přinutit vyrábět

Jak perly v tělech měkkýšů vlastně vznikají? Na to se objevily první relevantní odpovědi koncem 16. století, kdy badatelé došli k závěru, že by mohly být ze stejného materiálu jako perleť, pokrývající vnitřní stěnu lastur. Ve staré Číně věděli, že měkkýš obalí cizorodé tělísko perletí – vyráběli tak talismany z miniaturní kovové podobizny Buddhy, kterou vložili do sladkovodní perlorodky.

Po roce ji vytáhli pokrytou slabou vrstvou perleti. Slavný švédský přírodovědec Carl von Linné, jemuž vděčíme za uspořádání světa přírody do jednotného systému, pak v první polovině 18. století podnikl na základě předchozích znalostí několik pokusů, při nichž sledoval, jak se měkkýš brání třeba nepříjemně drsnému zrnku písku postupným pokrýváním perletí.

Roku 1935 bylo v Japonsku už přes tři stovky farem, kde se perlotvorky začaly pěstovat hromadně, a to s celkovou produkcí okolo deseti milionů kusů ročně.

Epitelové buňky na povrchu těla postiženého živočicha musejí vytvořit cystu a pak váček; dále bude záležet na tom, zda se bude perla vyvíjet mezi záhyby tělíčka, či mezi ním a lasturou. Tkáň měkkýše začne vylučovat tytéž materiály, které produkuje ke stavbě svého úkrytu – organický konchyolin a anorganický aragonit. Konchyolin je protein, jenž má ve své molekulární vazbě místo pro krystalický aragonit, tedy uhličitan vápenatý, a eliminuje jeho křehkost. Tento obranný mechanismus proti nepříjemnému vetřelci začal jako první uměle využívat japonský podnikatel Kokiči Mikimoto okolo roku 1890.

Ačkoli se mu nedařilo své otroky v lasturách přinutit, aby produkovali perly dokonale kulaté, přesto s nimi na trzích slavil úspěch. Teprve o patnáct let později se mu podařilo s využitím objevu jeho krajanů vytvořit onen nezbytný „záhyb“ tkáně měkkýše. Obdržel patent na své produkty a roku 1935 bylo v Japonsku už přes tři stovky farem, kde se perlotvorky začaly pěstovat hromadně, a to s celkovou produkcí okolo deseti milionů kusů ročně.

Musí se na ně opatrně

Farmy s perlorodkami jsou dnes na mnoha místech Tichomoří, pěstují se i ve sladkých vodách vnitřní Číny. Každá z mořských oblastí prospívá jinému druhu perlotvorky, a tak se produkované perly liší třeba také barvou. Kromě bílých to jsou především narůžovělé, nazelenalé, kouřové nebo zlaté. Proslulé jsou například černé perly z tahitských farem. Farmář musí podchytit počátek života mladých larev měkkýšů, které se první týdny po vylíhnutí z oplodněných vajíček volně vznášejí mořem.

Nakonec přichází onen kýžený okamžik a z kožních záhybů odborníci vyloví perlu. Opatrně, aby měkkýš přežil.

Do cesty jim nachystá vhodný podklad k uchycení – někde jsou to větve stromů, jinde lamely z umělé hmoty. Pak je nutné dospívající měkkýše chránit v klecích před predátory. Kolem musí být dostatečný proud vody, jenž k pevně usazené lastuře přináší potravu. Teprve po několika letech lze aplikovat zárodek příští perly. Po celou dobu se pak pěstitelé starají o to, aby jejich svěřence nenapadl třeba nějaký cizopasník či choroba. Nakonec přichází onen kýžený okamžik a z kožních záhybů odborníci vyloví perlu. Opatrně, aby měkkýš přežil, neboť takový zásah je pro něj dost drsný. Tento postup lze opakovat i několikrát.

S plastem jsou nepřekonatelné

No a namísto rukou klenotníků nyní perly končí i pod mikroskopy zbrojařů. Ti už dříve vyvíjeli materiály na ochranu před střelami ze speciálně upraveného polyethylenu s vysokou molekulovou hmotností (Ultra-high-molecular-weight polyethylene – UHMWPE). Vlákna z nasycených lineárních makromolekul alifatických uhlovodíků mají v zásadě polyetylenu velmi jednoduchou základní strukturu. Je to molekula z dlouhého řetězce uhlíkových atomů, na každý z nich se vážou dva atomy vodíkové. Polyethylenová vlákna UHMWPE se vytvoří zesílením orientace lineárních molekul polyethylenu.

Tento tvrdý plast se užívá třeba k výrobě ozvučnic kytar. Asi nikoho by nenapadlo si z něj vyrobit přilbu, ale spojením s materiálem, ze kterého jsou perly, tedy vlastně s obyčejným uhličitanem vápenatým, vzniká zcela nový materiál. Není to ale tak jednoduché, jak se to napíše.

Jako zámková dlažba

Nejdříve je nutné UHMWPE zformovat do kuliček o velikosti mikrometrů. Pak je potřeba tuto hmotu slisovat do centimetrové vrstvy s potahem perleti. Materiál se zahřívá tak, aby spodní strana roztála, ale ta vrchní se jen lehce natavila, takže se uspořádá do struktury, kterou známe třeba ze způsobu kladení zámkové dlažby.

Dvě různé vrstvy lze ještě zesílit přidáním nanočástic oxidu křemičitého. Z výsledné hmoty je možné vyrábět různé výlisky – destičky do neprůstřelných vest nebo třeba ochranné helmy pro stavbaře či chrániče pro hokejisty. Materiál je lehký, a dokonce i levný a svojí pevností a houževnatostí předčí uhlíkatou ocel.