Természet világa 144. évf. 11. sz. (2013. november)

68 Pages·2014·3.16 MB·Hungarian

Ter mészet Világa
144. 11.
TERMÉSZETTUDOMÁNYI KÖZLÖNY évf. sz. 2013. NOVEMBER ÁRA: 650 Ft
El(cid:280)fi zet(cid:280)knek: 540 Ft
A
N
I
C A
DI M I
E
É
M
K
O O
N N
A A
N N
A MAKRO- ÉS A NANOVILÁG AZ ANYAGTUDOMÁNYOK TÜKRÉBEN

NANORÉSZECSKÉK ÁLTALÁNOS FIZIKAI-KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

KOLLOIDIKA A MODERN ORVOSTUDOMÁNY SZOLGÁLATÁBAN

NANOGYÓGYSZEREK AZ IMMUNRENDSZER KERESZTTÜZÉBEN

BIOMOLEKULÁRIS NANOTECHNOLÓGIA

Képválogatás cikkeinkb(cid:280)l
Térutazás a nanovilágba A vasatomok megkötését és tárolását végz(cid:280) ferritin fehérje
(Nanogyógyszerek az immunrendszer kereszttüzében, 508. oldal) (Biomolekuláris nanotechnológia, 494. oldal)
Köt(cid:280)szöveti sejtek és extracelluláris mátrix Koleszterin zárványkomplex szerkezete
(Kolloidika a modern orvostudomány szolgálatában, 488. oldal) (Ciklodextrin nanotartályok, 492. oldal)
Endoteliális nanocsatorna bejárata
(Hogyan m(cid:294)ködik a vese? 514. oldal)
Célzott rákterápiás készítmény vírusrészecskékkel
(Biomolekuláris nanotechnológia, 496. oldal)
Természet TARTALOM
Világa
Nanomedicina–nanokémia tematikus szám
Rosivall László: Üdvözlet az olvasónak egy új világban, a nanovilágban! ...........482
Gyulai József: A makro- és a nanovilág az anyagtudományok tükrében ...............483
E számunk szerz(cid:280)i ....................................................................................................485
A TUDOMÁNYOS ISMERETTERJESZT(cid:279) Bóta Attila: Nanorészecskék általános fizikai-kémiai tulajdonságai .....................486
TÁRSULAT FOLYÓIRATA
Molnár Kristóf–Juriga Dávid–Jedlovszky-Hajdú Angéla–Zrínyi Miklós:
Megindította 1869-ben Kolloidika a modern orvostudomány szolgálatában .............................................488
SZILY KÁLMÁN Szente Lajos: Ciklodextrin nanotartályok és terápiás jelent(cid:280)ségük .......................491
MAGYAR TERMÉSZETTUDOMÁNYI TÁRSULAT Vonderviszt Ferenc: Biomolekuláris nanotechnológia ..........................................493
A TERMÉSZETTUDOMÁNYI KÖZLÖNY Gáll-Debreceni Anna–Maria Danielma dos Santos-Reis–Takács László–
144. ÉVFOLYAMA Lázár József: Biomarker felfedezés nanotechnológiai megközelítései:
antitest-array biocsipek ............................................................................................496
2013. 11. sz. NOVEMBER
Lisziewicz Julianna–L(cid:280)rincz Orsolya: Nanotechnológián alapuló vakcinák ......501
Magyar Örökség-díjas és Tóth István– Mehfuz Zaman–Mariusz Skwarczynski:
Millenniumi-díjas folyóirat Fehérje alapú véd(cid:280)oltások nanotechnológiával .......................................................504
Megjelenik a Szellemi Tulajdon Nemzeti Hivatala, Szebeni János: Nanogyógyszerek az immunrendszer kereszttüzében ...................508
valamint a Nemzeti Kulturális Alap támogatásával. Rosivall László: Hogyan m(cid:294)ködik a vese? Egy nanomorfológiai megfigyelés
A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai és váratlan következménye .......................................................................................511
Szociális Alap társfi nanszírozásával valósul meg.
Nagymajtényi László: A nanorészecskék okozta egészségkárosító hatások .........516
A kiadvány a Magyar Tudományos Akadéma Kozma Gábor–Kónya Zoltán–Kukovecz Ákos:
támogatásával készült. Környezet kármentesítése nanotechnológiával ........................................................521
HÍREK A NANOVILÁGBÓL ....................................................................................524
FOLYÓIRATSZEMLE ..............................................................................................526
Pátkai Zsolt: 2013 nyarának id(cid:280)járása ...................................................................527
Címképünk: Él(cid:280) állatban, a vese felszínére helyezett lencsén keresztül készített lézer-
F(cid:280)szerkeszt(cid:280):
STAAR GYULA mikroszkópos videófelvétel
Szerkeszt(cid:280)ség: Borítólapunk második oldalán: Képválogatás tematikus számunk cikkeib(cid:280)l
1088 Budapest, Bródy Sándor u. 16. Borítólapunk harmadik oldalán: Tilalmas ma (Képek Kovács Miklós diákpályá-
Telefon: [phone], fax: [phone]
zati írásához)
Levélcím: 1444 Budapest 8., Pf. 256
E-mail-cím: [email protected]
Internet: www.termeszetvilaga.hu Mellékletünk: A XXII. Természet–Tudomány Diákpályázat cikkei (Kovács Miklós,
vagy http://www.chemonet.hu/TermVil/
Szász Mátyás, Draskóczi Ádám, valamint Kopacz Mária és Pitiu Szilvia írása). Heged(cid:294)s
Tibor: A 7. Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia. A 6. Országos
Felel(cid:280)s kiadó:
PIRÓTH ESZTER Kulin György Csillagászati Diákvetélked(cid:280) általános- és középiskolásoknak (2013–2014).
a TIT Szövetségi Iroda igazgatója
A tematikus számunkat összeállította:
Kiadja
ROSIVALL LÁSZLÓ
a Tudományos Ismeretterjeszt(cid:280) Társulat
1088 Budapest, Bródy Sándor utca 16.
Telefon: [phone]
Nyomtatás: SZERKESZT(cid:279)BIZOTTSÁG
Infopress Group Hungary Zrt.
Elnök: VIZI E. SZILVESZTER
Felel(cid:280)s vezet(cid:280):
Lakatos Imre Tagok: ABONYI IVÁN, BACSÁRDI LÁSZLÓ,
vezérigazgató BAUER GY(cid:279)Z(cid:279), BENCZE GYULA, BOTH EL(cid:279)D, CZELNAI RUDOLF,
CSABA GYÖRGY, CSÁSZÁR ÁKOS, DÜRR JÁNOS, GÁBOS ZOLTÁN,
HORVÁTH GÁBOR, KECSKEMÉTI TIBOR, KORDOS LÁSZLÓ,
INDEX25 807 LOVÁSZ LÁSZLÓ, NYIKOS LAJOS, PAP LÁSZLÓ,
HU ISSN 0040-3717
PATKÓS ANDRÁS, PINTÉR TEODOR PÉTER, RESZLER ÁKOS,
SCHILLER RÓBERT, CHARLES SIMONYI, SZATHMÁRY EÖRS,
Hirdetésfelvétel a szerkeszt(cid:280)ségben
SZERÉNYI GÁBOR, VIDA GÁBOR, WESZELY TIBOR
Korábbi számok megrendelhet(cid:280)k:
Tudományos Ismeretterjeszt(cid:280) Társulat F(cid:280)szerkeszt(cid:280): STAAR GYULA
1088 Budapest, Bródy Sándor utca 16.
Telefon: [phone] Szerkeszt(cid:280)k:
e-mail: [email protected]
El(cid:280)fizethet(cid:280): KAPITÁNY KATALIN ([email protected], 327–8960)
Magyar Posta Zrt. Hírlap üzletág NÉMETH GÉZA ([email protected], 327–8961)
06-80-444-444
[email protected]
El(cid:280)fizetésben terjeszti: Magyar Posta Zrt. Tördelés: LÉVÁRT TAMÁS
Árusításban megvásárolható a Lapker Zrt.árusítóhelyein
El(cid:280)fizetési díj: Szerkeszt(cid:280)ségi irodavezet(cid:280): LUKÁCS ANNAMÁRIA
fél évre 3240 Ft, egy évre 6480 Ft
EL(cid:279)SZÓ
Üdvözlet az olvasónak
egy új világban, a nanovilágban!
„Van a világon valami, ami értékesebb,
mint az anyagi élvezetek, mint a vagyon,
értékesebb magánál az egészségnél is:
ez a tudomány odaadó szolgálata”.
Augustin Thierry, 1795–1856
A nanomedicina a nanotechnológia alkalmazása az orvostudományban, azaz a betegségek gyógyításában, a megel(cid:280)zésében és a
diagnosztikájában; olyan modern m(cid:294)szerek és eszközök használata, amelyek a nano mérettartományban, a makromolekulák és
sejtszervecskék szintjén lépnek kölcsönhatásba az él(cid:280) anyaggal. A nanotechnológiát ma már számos tudományágban alkalmazzák, és
az új fejlesztéseknek köszönhet(cid:280)en hatékony kezelési módszerként is szolgál például rákbetegségben.
A
nanomedicina új és rendkívül izgal- ságát, szerkezetét kutatja, addig mások az het(cid:280)k, talán kihasználhatók a gyógyászatban
mas, ígéretes tudományág, amely az egyre kisebb dolgokat vizsgálják. A fizika is. És valóban, a nanotechnológia alkalmazá-
USA-ban ma már az egyik legna- új anyagegységeket és részecskéket pró- sa a gyógyszerek célzott bevitelére az egyik
gyobb összeg(cid:294) állami anyagi támogatást él- bál felfedezni, a farmakológia pedig olyan legfontosabb gyógyászati alkalmazás, amely
vezi. Talán úgy született, hogy évtizedekkel gyógyszereket próbál kitalálni, amelyek oda máris számos hasznos eredményre vezetett.
ezel(cid:280)tt néhány szakember arról álmodozott, irányíthatók, ahol a hatásra szükség van, és Clinton elnök 1992-ben tett javaslatot a
milyen jó lenne a mikronnál is kisebb esz- így csökkenthet(cid:280)k a nem kívánatos, káros nanotudományok fejlesztésére, és azóta az
közöket, robotokat, m(cid:294)szereket létrehozni, mellékhatások. A kémikusok pedig többek USA jelent(cid:280)s forrásokat mozgósít e területen.
és a gyógyászatban alkalmazni. Elképzel- között azon fáradoznak, hogy mesterséges Ennek ellenére még mindig sok a bizonyta-
ték, hogy a vérpályában icipici robotok utaz- szövetpótló struktúrákat, „intelligens” anya- lanság e területen, még a nanotudomány
gatnak célzott helyekre, szervekbe, hogy ott gokat hozzanak létre. és nanotechnológia definíciójában is, amit
különböz(cid:280) feladatokat lássanak el; például Egy új kor létrejöttét éljük, egy az eddi- másként látnak az anyagtudománnyal fog-
pusztítsák, amire nincsen szükség és építsék, giekt(cid:280)l szinte mindenben különböz(cid:280), más és lalkozók: szerintük, ami száz nanométer alatt
ami kell a gyógyuláshoz. Szerencsére a m(cid:294)- rendkívül izgalmas, korábban soha nem lá- van, az a nanotudomány, a nanotechnológia
szaki tudományok fejl(cid:280)dése következtében a tott világ feltárásának vagyunk tanúi! élettere. A biológia és a többi élettudo-
technológiai eljárások óriási mértékben tö- Vajon a méret befolyásolja az anyag tu- mány m(cid:294)vel(cid:280)i azonban úgy gondolják, hogy
kéletesedtek. Olyan új felfedezések szület- lajdonságát? Igen, például a kipufogógázok, a nano-dimenzióba es(cid:280) (a mikronnál ki-
tek, hogy ma megismétl(cid:280)dhet a tudomány- különösen a dízelmotoros autók égésterméke sebb) részecskék kutatása és a technoló-
történet egyik ugyancsak jelent(cid:280)s id(cid:280)szaka, számos nanoméret(cid:294) részecskét tartalmaz, és giai fejlesztések mind a nanotudomány és
amikor sok évtizeddel ezel(cid:280)tt a mikrovilágot, amíg a mikroméret(cid:294) részecskéket a légutak nanotechnológia körébe tartoznak. Ez utóbbi
a sejtes él(cid:280)lényeket, a mikrobákat mikro- nyálkahártya csillói kifelé terelik, addig kide- dimenzió már a nagyobb sejtalkotó elemek,
szkóppal felfedezték; csak most ez már nano rült, hogy a nanorészecskékkel ez nem törté- kisebb patogén mikrobák szintje.
szinten „nanoszkóppal” történik. Ma már nik meg. Városi csúcsforgalomban az utcán, E tematikus Természet Világa-szám, mely
megközelíthet(cid:280)vé, láthatóvá tudunk tenni különösen a föld közelében, nagymérték(cid:294) a a Magyar Tudományos Akadémia Kémiai
nanorészecskéket, azaz sejtalkotó részeket. nanoszennyezettség. Kimutatták, hogy a belé- Tudományok Osztálya támogatásával jött lét-
A nano a tíz a mínusz kilencediken méter legzett nanorészecskék néhány percen belül a re, neves szakemberek segítségével megpró-
hosszegység, ami úgy aránylik a méterhez, vérben, agyban, szívben és más szövetekben bálja az orvostudomány egyik sikertörténeté-
mint egynegyed milliméter a Budapest-Bécs is megjelennek. Ráadásul ezek az anyagok nek elindulását, illetve a nanomedicina eddigi
távolsághoz. Képzeljük el, hogy Budapest igen reaktívak. Feltételezik, hogy az asztma, eredményeinek egy részét érthet(cid:280) formában
és Bécs között próbálkozunk, mint kutatók, a gyulladás, a szívinfarktus és egyéb betegsé- és sokoldalúan bemutatni, és ezzel hozzáse-
egy negyedmilliméteres valamit megtalál- gek összefüggésben lehetnek nanorészecskék gíteni az olvasót, hogy a rohamosan válto-
ni és részleteiben tanulmányozni! Valóban, szervezetbe jutásával. De a természet is alkal- zó világunkban jobban eligazodhasson, és
számos olyan kutatás folyik hazánkban is, mazza a nanotechnológiát. Például a gekkók ne jöjjön zavarba, ha a mosógép vásárláskor
amelyben 10–100 nanométeres képleteket, lába számtalan nanoméret(cid:294) szálacskát tartal- a nanotechnológia alkalmazását emlegetik
sejtrészeket kutatunk, illetve teszünk látha- maz tapadókorong-szer(cid:294) végz(cid:280)déssel, ame- például a mosott ruha fert(cid:280)tlenítésére, azaz
tóvá, adott esetben akár él(cid:280) szervezetben, kí- lyek speciális kölcsönhatásba lépnek a fel- nanoméret(cid:294) ezüst kolloid bevonatot használ-
sérleti állatban. színnel, és a gekkó ezért képes a plafonon is nak szagtalanításra.
A végtelen emberi kíváncsiságot és a sétálni. Lehet, hogy a jöv(cid:280)ben nano lábbelit
tudományt különösen érdeklik a végletek. is gyártanak majd? Arra is kell gondolnunk, ROSIVALL LÁSZLÓ igazgató,
Amíg a Hubble-(cid:294)rteleszkóp a végtelen nagy- hogy ha a nanorészecskék irányíthatóvá te- Semmelweis Egyetem, Kórélettani Intézet
482 Természet Világa 2013. november
GYULAI JÓZSEF
A mikro- és a nanovilág
az anyagtudományok tükrében
Az anyagok tudománya talán a leg(cid:280)sibb, egyben horizontális tudomány, és minden természettudomány stratégiai alapja. A XX. században az
anyagi világ jelenségeinek megértése elérte a szubatomi szintet és lényegében elmosta a fizika és a kémia határait – ebben az informatika soha
nem látott fejl(cid:280)dése volt a kulcsszerepl(cid:280). Ezzel a „materials science” olyan általános alappá vált, amely a XXI. században – reményeink sze-
rint – már az élettelen és él(cid:280) természettudományokat is szintetizálhatja. Az anyagok viselkedésének a nanoméretekban való megértése, alkal-
mazása új paradigmát követel: a modern fizika eredményeinek integrálását. A nanoméreteknek két oldalról, az élettelen természettudomány,
illetve a biológia fel(cid:280)l való közelítése teljesen új elveket igényel: az alkalmazásoknak ugyanis eleget kell tenniük a „megbízhatóság” feltétele-
inek. Az eddigiekben a gyógyszer-, a kémiai ipar, valamint a mikroelektronikai ipar dolgozta ki ezeket a feltételeket – a m(cid:294)szaki haladás hihe-
tetlen fejl(cid:280)dését valósítva meg. De hogyan lesz, ha összeérnek a méretek? Az írásban f(cid:280)leg a nanotudomány, a nanomedicina szempontjából
elemezzük ezeket a kérdéseket – figyelve a Föld lakhatósága fennmaradásának, a „recycling economy” kialakulásának szempontjaira is. A
szakmai környezetemben ezen filozófia szerint elért néhány eredmény (szenzorika) ismertetése zárja ezt a gondolatsort.
A
z anyagok tudománya minden ter- A szerz(cid:280) kutatási területének csak nagyon
mészettudomány stratégiai alapja. távolról, áttételesen van kapcsolata a lap-
Évezredekbe telt, mire az eszköz- szám témájával, a nanomedicinával – csak
ként használható természetes képz(cid:280)dmé- a nanoelektronikai ismereteib(cid:280)l, az ott fellé-
nyeket technologizálták, átalakították. p(cid:280) anyagtudományi követelmények teljesí-
Egészen a legutóbbi id(cid:280)kig az ehhez téséb(cid:280)l átvihet(cid:280) ismeretei alapján merészelt
szükséges tudás stratégiai érték(cid:294) volt, egyál talán és noszogatásra megszólalni…
többnyire apáról fiúra, fáraóról, szultánról
császárra szállt titkokként. A XVIII–XIX.
századi iparosodás során indult fejl(cid:280)dés tu- Nanotudomány–nanotechnológia
dományos háttere kezdett objektív ismeret-
té alakulni – mígnem a XX. században az Kiinduló gondolatként úgy definiálná a szer-
anyagi világ jelenségeinek megértése el- z(cid:280) a nanotudományból a nanotechnológiába
érte a szubatomi szintet és lényegében el- való átmenetet – utalva arra, hogy a „köz-
mosta a fizika és a kémia határait. Mindez nyelv” nanotechnológiának tart olyan ered-
nem lett volna lehetséges az informatiká- ményes, de még csak laborszinten igazolt
nak korábbi tudományok haladására ha- kutatási eredményeket, amelyek mérföldek-
jazó, hatványfüggvény-tempójú fejl(cid:280)dése re vannak a felhasználhatóságtól –, hogy a
nélkül – amelyet Moore-törvényként isme- vízválasztó vonal a nanomódszerekkel el(cid:280)-
rünk1. Az így kifejl(cid:280)dött számítástechnikai állt „termék” megbízhatóságának a kérdé-
kapacitással olyan modellek megalkotása se. A mikroelektronika egyértelm(cid:294) itt: egy Mutáció – már selejt?
és korábban csak közelít(cid:280), egyszer(cid:294)sít(cid:280) fel- áramkör esetén megadható az a szám, hogy
tételekkel megoldható matematikai egyen- hány helyes eredményre juthat egyetlen té-
letek megoldása vált lehetségessé, amelyek vesztés – bármi okból. Ez valahol 1010:1 elegend(cid:280) csak maga a pilóta a repül(cid:280)gépen,
„kvázi-egzaktul” írják le a folyamatokat. körül van. Ez már olyan szám, hogy biz- kell a komputer is.
Így a „materials science” olyan általános ton rábízhatjuk az életünket egy kompu- A nanomedicinának két válfaját érzé-
alappá vált, amely a XXI. században – re- terre, akár magán a repül(cid:280)gépen ülve is. A kelem: az egyik természetes folytatása a
ményeink szerint – képes lehet arra, hogy másik oldalról két példával közelítenék. A nanoszerkezetek kémiájának, a gyógyszer-
az élettelen és él(cid:280) természettudományokat kémiai, de f(cid:280)leg a gyógyszeripar az eset- kémiának, s(cid:280)t, logikájában rokona még a
is szintetizálja. leges szennyezések szerepét kontrollálja. nano-metallurgiának is: olyan tömbi anya-
Ezt úgy is fogalmazhatjuk, hogy a XXI. A hatás specificitását sok-sok lépésben, gok ismeretének kiterjesztése, például a
század biológiája jobban hasonlít majd a nagyszámú kísérlettel kontrollálva ad (né- nanomedicina területére, amelyeknél azok
XX. század fizikájára, kémiájára, informa- ha visszaüt(cid:280)) biztosítékot a betegnek. A nanoszerkezete is fontos szerepet játszik.
tikájára, mint a XX. század biológiájára. Ez bio lógiai rendszerek, ezek már ténylegesen A másik ág ennél sokkal bonyolultabb és
nem csökkenti a XX. század biológiájának nanorendszerek és teljesen másként oldják kevésbé kidolgozott, de ez következett a
fontosságát, érdemeit: rengeteg megfigyelés, meg a problémát: óriási redundanciával, nanotudomány megálmodóinak, akkor sci-
óriási adatgy(cid:294)jtés és a köztük fellelhet(cid:280) kor- „trial-error” jelleggel javítják a félresikerült fi-be ill(cid:280) példáiból 2: egyedi molekulák funk-
relációk keresése volt a cél. De ennél sokkal próbálkozásokat, mutációkat. Ez is megbíz- cióinak felfedése, alkalmazása. Azaz a mo-
többet várunk: egzakt tudománnyá válást. hatóság, de egészen másmilyen. Ezért nem lekuláris szintig m(cid:294)köd(cid:280) eszközökr(cid:280)l szól
Természettudományi Közlöny 144. évf. 11. füzet 483
Gyulai József:
– mondjuk, a sejtfalon átjutó molekulák vi- Egy nanoelektronikai eszköz, például mékenyít(cid:280) hatással lehetnének az élettudo-
lágáról, a biológiai nanomotorok csodálatos akár kvantumkomputer gyártásánál – szem- mányokra. Két példára utalnék. Az egyik a
világáról – err(cid:280)l is lesz szó e számban. ben a gyógyszeripari normákkal – nem ma- stresszprotein. A csöves csontokból kerül
A nanoelektronikában megkövetelt radhatnak inaktív, nem szenzibilizált mole- be a testfolyadékokba. Ott – úszik vagy
megbízhatóság viszont határozott elvekre kulák, a funkcionális egységeknek a valós sodródik? – megtalál egy sérült fehérjét,
épül. A Swiss Fed. Labs for Matl.s Testing térben szervezetten kell létrejönniük (meg- de hogyan? „Megméri” a nm-es torzuláso-
and Res. honlapján például a következ(cid:280) található – címezhet(cid:280) módon) – gondolha- kat, de hogyan? Megállapítja, hogy vala-
szempontok, kritériumok olvashatók: tunk az ún. önszervez(cid:280)désre, de a ma ismert hol rossz a fehérjeszekvencia, vagy kilóg
• A méretcsökkenéssel nem-skálázó fi- gyönyör(cid:294) mikroszkópos példák még elfo- egy ág… Majd „önfeláldozóan” átadja a
zikai folyamatok külön megközelítést gadhatatlanul sok hibahelyet tartalmaznak – saját testének egy részét – milyen ener-
igényelnek – ezek nem teljes felsoro- ezért ezek még „csak” nanotudományos, és getika vezérli? Tudjuk, csak atomi er(cid:280)k
lása: tömeg- és h(cid:280)diffúzió, elektro- nem nanotechnológiai eredmények. szerepelhetnek. Mindez az én képzeletem-
mos vezet(cid:280)képesség, reakciókinetika, De egy lipidbe zárt daganatgyógyszerre is ben a „nanolaboratóriumban” észlelhet(cid:280)
korróziós folyamatok stb. hasonló vonatkozik: az önszervez(cid:280)dés bizto- jelenségekre emlékeztet, teljesen mérnö-
• A fáradás, súrlódás, a javítási me- sítéka nem elegend(cid:280). Azt ugyanis a termikus ki, analitikus, majd konstrukciós logiká-
chanizmusok mások atomi és mo- zajok jelent(cid:280)sen zavarhatják, kaotizálhatják. val megvalósítja Kármán Tódor–Gábor
lekuláris léptékben. Tovább zavarom a gondolkodást a Dénes mérnökség-definicióját: „a mérnök
• A redundancia, a kvantumállapo- biomimetika, azaz a biorendszerekkel va- megvalósítja azt, ami nem volt”.
tok korrelációja is kvantumstatisz- ló analógiák kihasználását jelent(cid:280) straté- Vagy vegyük a kémiai katalízis jelensé-
tika- és hulláminterferencia-függ(cid:280). gia korlátaival. A természetes kiváloga- gét. Szívesen vizualizálom a katalitikus ese-
• Modellezés, igényes kutatás. tódás specifikumai, a nagy alkalmazko- ményeket úgy, hogy a palládiumatom egy
• Hibat(cid:294)r(cid:280) megoldások igénye. dóképesség ellenére, az emberi termelés nanolaboratórium, amelynek az elektronhiá-
Gondolatban induljunk ki a növényi élet igényeihez viszonyítva rendkívül sz(cid:294)kek. nyos bels(cid:280) elektronhéjai olyan változó elekt-
képeib(cid:280)l. Itt megvalósul a nanotechnológia, Egy példa. A pókháló és a kevlar rendkí- romágneses teret hoznak létre, amelybe, ha
csak a „termelés” sebessége nem kielégí- vül hasonló két anyag3. Valójában, ha fizi- betéved két, egymást „utáló” atom, elveszí-
t(cid:280)… Az emberiség viszont termeléssel és kai-mechanikai tulajdonságaikat tekintjük, tik véd(cid:280) elektronjaikat – és vegyülnek.
logisztikai elosztással dolgozik – milyen le-
het egy „nanogyár” egy mai gyárhoz viszo-
nyítva? Kezdjük azzal, ami minden gyárban
kötelez(cid:280), a min(cid:280)ség-ellen(cid:280)rzéssel.
Ma az ún. Total Quality Management, a
TQM a cél. A mai m(cid:294)szaki ipar a
• tervvel, kísérlettel kezdi;
• eljut a gyártásig,
• ahol szemben találja magát a TQM
követelményeivel; meghatározza
• az elfogadható toleranciákat,
• ennek alapján vizsgálja mind a
köztes, mind a végterméket: el-
fogad, kidob,
• ha kell, kontrollált redundanciát Bioanalitikai érzékel(cid:280)t és a mintakezelést végz(cid:280) mikrofluidikai rendszert is
valósít meg. integráló (lab-on-a) csipek (balra), valamint az érzékel(cid:280) lelke, a szilárdtest
Hogy zajlik ez a biológiai rendszerek- nanopórusos membrán (jobbra). 5 A nanopórusokon keresztülfolyó iontranszport
ben? A f(cid:280) „min(cid:280)ség-ellen(cid:280)rz(cid:280)” az evolúció: célzott (pl. kardiovaszkuláris/cerebrovaszkuláris katasztrófára utaló)
• önreprodukció, biomolekulák beköt(cid:280)désekor tapasztalt modulációja extrém érzékeny és szelektív
• jöhetnek véletlen mutációk (ez a érzékelési módszert ad az orvosok kezébe6
nanogyárban a „majdnem selejt”).
A ‘min(cid:280)ség’ a természetes kiválogató- egyetlen különbséget találunk. Nevezete- Következtetés
dás révén alakul ki. sen, csak a lassú és a gyors deformáció
Az evolúciós megoldás nanotechnológiai munkája tér el jelent(cid:280)sen a két anyagnál. Lassan eljutok a ceterum censeomhoz, ami
analogonját még nem találták ki, de ami A pókhálónál a lassú deformáció munkája így hangzik egy, a megbízhatóság kritéri-
szükségszer(cid:294) követelmény, az id(cid:280)skála nagy, a kevlar esetében meg éppen a gyors umait lazán kezel(cid:280)en eliparosodott és túl-
drasztikus lerövidítése. Azaz kitalálandó, deformációé. Ennek köszönhet(cid:280)en a pók- népesedett Földtekén: a mai tudománynak
de kitalálható-e olyan min(cid:280)ség-ellen(cid:280)rzés, hálóban hamar kifárad a légy, a kevlarból egyetlen küldetése van, és két súlypontja
amely valamiféle ‘gyorsított evolúció’? El- meg golyóálló mellényt lehet készítetni. lehet – ez valahol megfelel a faj- és az ön-
dönti azt, hogy – tréfaként – a piacon talált fenntartás ösztönének is:
furcsa padlizsánom pozitív változás-e, de • megkeresni annak a módozata-
legalábbis belefér-e a funkciós tesztbe… Mérnöki gondolkodás a biológiában it, hogy élhet-e, illetve hogyan él
A nanomedicinában, annak a már említett 7–10 milliárd ember a Földön úgy,
els(cid:280) válfajához a mai, például gyógyszergyár- Az, hogy az élettudományok használ- hogy a többi él(cid:280)lény, életforma is
tási min(cid:280)ség-ellen(cid:280)rzés technikáját – mutatis ják az élettelen eredet(cid:294), például vizsgá- megmaradjon?
mutandis – alkalmazhatónak gondolom, de ez ló eszközöket, nem igényel kommentárt. • emellett az egyén élettartam-növe-
sem a második molekuláris fajtájához, sem a De ennél többet szeretnénk javasolni. Az lése domináns érdekl(cid:280)dést vonz –
nanoelektronikához nem elegend(cid:280). Ismerete- élettelen természettudományok megköze- érthet(cid:280) a bio-, orvostudományok
im okán ez utóbbira mondok példát. lítései, a mérnöki logikájuk is megter- súlya, érdekessége;
484 Természet Világa 2013. november
A mikro- és a nanovilág az anyagtudományok tükrében
• ez utóbbinak a leny(cid:294)göz(cid:280) eredmé- don. El(cid:280)bbi esetben a fluoreszcens mole- E SZÁMUNK SZERZ(cid:279)I
nyei hatással vannak az els(cid:280) súly- kulával megjelölt célobjektum beköt(cid:280)dése
pontra is; esetén az adott pont világít. A fluoreszcens DR. BÓTA ATTILA PhD., habilitált egye-
• képes lesz-e a társadalom ezt az festékek kiváltására nanorészecskék, ún. temi magántanár, osztályvezet(cid:280), MTA Ter-
életforma-receptet idejében magá- kvantumpöttyök alkalmazásán dolgoznak mészettudományi Kutatóközpont, Mole-
évá tenni? – én az „elviselhet(cid:280)vé” a kutatók. kuláris Farmakológiai Intézet, Biológiai
tételt a humanióráktól, ill. kiknek- Egy további, különleges példát mu- Nanokémia Osztály, Budapest; DR. DÉ-
kiknek a vallásától remélem. tattam már be az ún. nanopore, az- KÁNY IMRE, az MTA rendes tagja, ku-
tatócsoport-vezet(cid:280) GÁLL-DEBRECE-
Egy, talán a nyolcvanas évek eleji, reg- az nanoméret(cid:294) lyukak alkalmazására a
NI ANNA biológus, Biosystems Interna-
geli teázásunk alkalmával folytatott, világ- mikrofluidikában – ez utóbbi területet Für-
tional Kft., PhD-hallgató, Debrecen; DR.
megváltó beszélgetéseink során korábbi jes Péter fiatal munkatársunk futtatta fel.
GYULAI JÓZSEF akadémikus, az MTA
tanítványom, Drozdy Gy(cid:280)z(cid:280) így fogalmaz- TTK MFA „Emeritus Instituti” profesz-
ta meg egy m(cid:294)köd(cid:280)nek tartott világmodell szora, Budapest; DR. HORVÁTH EDI-
lényegét: minden termelési–fogyasztási fo- Egycsipes laboratórium NA PhD. SZTE ÁOK Népegészségta-
lyamatot zárt ciklusokba kell kapcsolni. ni Intézet, Szeged; DR. JEDLOVSZKY-
Ezt azzal kiegészítve tolmácsolom mos- A MEMS-technológia alkalmazásával HAJDÚ ANGÉLA PhD, tudományos
tanában, hogy minimális és lehet(cid:280)leg zöld miniatürizált integrált laboratórium ál- munkatárs; JURIGA DÁVID MSc, PhD-
energiát használva. Ekkor ugyanis a jelen- lítható el(cid:280) kémiai vagy biológiai min- hallgató; KOZMA GÁBOR, tudományos
létünk csak az átalakítások energiájával ták (pl. vér) vizsgálata céljából egyetlen munkatárs, Szegedi Tudományegyetem,
terheli a Földanyát, illetve alakítja az öko- csipen. Ilyen eszközökben akár nanoliter Szeged; DR. KÓNYA ZOLTÁN egye-
temi tanár, Szegedi Tudományegyetem,
lógiai lábnyomunkat. térfogatú folyadékminták kezelését és
Szeged; DR. KUKOVECZ ÁKOS egye-
Lassú az ébredés: az idén hallottam mérését mikrofluidikai rendszerek vég-
temi docens, Szegedi Tudományegyetem,
el(cid:280)ször az EU-ban a recycling economy- zik parányi szivattyúkkal és szelepek- Természettudományi és Informatikai Kar,
ról! Hátha történik valami a jelen szá- kel, integrált érzékel(cid:280)kkel és beavatko- Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tan-
zadban… zókkal. szék, Szeged; DR. LÁZÁR JÓZSEF PhD.
A korábban általam vezetett intézet A nanotechnológia segítségével to- Biosystems Inter national Kft. laborvezet(cid:280),
Bársony István alatt kiteljesedett stra- vábbi funkciók javítása várható, például Debrecen; DR. LISZIEWICZ JULIANNA
tégiája is ebben a szellemben fordult az nanoméret(cid:294) elektródák vagy nanopórusos PhD, Genetic Immunity Kft., Budapest;
érzékel(cid:280)k kutatása felé. A nagy cél kö- membránok, nanokatalízátorok alkalmazá- L(cid:279)RINCZ ORSOLYA Genetic Immunity
zelítéséhez ugyanis az érzékel(cid:280)k „forra- sával.  Kft., Budapest; DR. MÁTÉ ZSUZSANNA
dalma” szükséges: mindent mérni, majd PhD, SZTE ÁOK Népegészségtani Inté-
zet, Szeged; MOLNÁR KRISTÓF MSc,
értékelni és irányítani, beavatkozni kell a
Köszönetnyilvánítás PhD-hallgató; DR. NAGYMAJTÉNYI
nanogyár koncepcióig. A stratégiát azzal
LÁSZLÓ DSc, egyetemi tanár, Szege-
kiegészítve dolgozik az intézet, hogy a
di Tudományegyetem, Szeged; MARIA
nanotechnológiát a mikrotechnológiával Köszönet jár a helyi eredményeket be- DANIELMA DOS SANTOS REIS, bi-
integráltan kell fejleszteni – például a mutató cikkek szerz(cid:280)inek, a BME és a ológus, PhD-hallgató, Lab. de Pesquisas
nanotechnológiai, nanomedicinális ter- TTK MFA, a Pannon Egyetem munka- sobre o Timo, Rio de Janeiro, Brazí-
mékek célba juttatására gondolva. társainak – élvonalbeli eredményeiket lia; DR. ROSIVALL LÁSZLÓ, Semmel-
büszkén propagálom itt is. weis Egyetem, Kórélettani Intézet igazga-
tója és a Nemzetközi Nephrologiai Kuta-
Mikro- és nanomedicina tó és Képz(cid:280) Központ vezet(cid:280)je, Budapest;
a (TTK) MFA-ban Irodalom MARIUSZ SKWARCZYNSKI, School
of Chemistry and Molec ul ar Biosciences,
University of Queens land, Ausztrália;
Kezdem egy példával, amely egy sok- [1] Pl., Gordon E. Moore: Cramming More SZEBENI JÁNOS, Nanomedicina Kuta-
szerz(cid:280)s cikkben mutatja meg azt az ösz- Components onto Integrated Circuits; Proc. tó és Oktató Központ, Kórélettani Inté-
szefogást, amely az intézetben m(cid:294)köd(cid:280) IEEE, Vol. 86, N(cid:280). 1, January 1998, p. 82 zet, Semmelweis Egyetem, Budapest és
„ellipszométeres iskola” (Lohner T.–Fried [2] Pl. http://en.wikipedia.org/wiki/K._Eric_ Nanobiotechnológiai és Regeneratív Me-
M.–Petrik P.) technikájával vizsgál pro- Drexler dicina Tanszék, Miskolci Egyetem, Mis-
teinreakciókat. A szerz(cid:280)k között szerepel [3] J. M. Gosline, P. A. Guerette, C. S. Ortlepp, kolc; SZENTE LAJOS, CycloLab Kft.,
Vonderviszt Ferenc (Pannon Egyetem), and K. N. Savage, Journal of Experimental Budapest; DR. TAKÁCS LÁSZLÓ egye-
akivel közös tanszék is létesült.: 4 Biology 202, 3295–3303 (1999) temi tanár, orvos, az MTA tagja, Debreceni
Most indult – a Lendület program tá- [4] A. Németh, P. Kozma, T. Hülber, S. Orvostudományi Egyetem Humángenetikai
Tanszék és Biosystems International Kft.,
mogatásával (Horváth Róbert) – az In- Kurunczi, R. Horváth, P. Petrik, A.
Debrecen; DR. TÓTH ISTVÁN PhD DSc,
tegrált mikroérzékel(cid:280)k (microarrays) ku- Muskotál, F. Vonderviszt, C. H(cid:280)s, M. University of Queensland, Ausztrália; DR.
tatása. Az érzékel(cid:280) mikrotömbök sorokba Fried, J. Gyulai, and I. Bársony: In Situ VONDERVISZT FERENC egyetemi tanár,
és oszlopokba rendezett, akár több száz, Spectroscopic Ellipsometry Study of Prote- az MTA doktora, Pannon Egyetem, M(cid:294)sza-
egymástól elkülönített mikrométeres mé- in Immobilization on Different Substrates ki Informatikai Kar, Bio-Nanorendszerek
ret(cid:294) érzékel(cid:280)b(cid:280)l állnak, melyek mindegyi- Using Liquid Cells, Sensor Letters Vol.8, Laboratórium, Veszprém; MEHFUZ ZA-
kének specifikusan érzékenyített felülete 1–6, 2010 MAN, The School of Pharmacy, The Uni-
egy adott biokémiai komponenst képes de- [5] Z. Fekete, G. Huszka, Pongrácz, G. versity of Queensland, Ausztrália DR. ZRÍ-
NYI MIKLÓS DSc, az MTA rendes tag-
tektálni. Egy ilyen eszköz alkalmazásával Jágerszki, RE. Gyurcsányi, E. Vrouwe, P.
egy összetett mintát egy lépésben analizál- Fürjes, Procedia Engineering 47 (2012) ja, kutatócsoport-vezet(cid:280) egyetemi tanár,
Semmelweis Egyetem Általános Orvosi
hatunk az érzékel(cid:280)k számának megfelel(cid:280), [6] R. E. Gyurcsányi, Chemically-modified
Kar Biofizikai és Sugárbiológia Intézet
akár több százféle összetev(cid:280)re. A kiolvasás nanopores for sensing, Trac-Trends In Nanokémiai Kutatócsoport, Budapest
történhet jelöléses és jelölésmentes mó- Analytical Chemistry 27 (7) 627-639 (2008)
Természettudományi Közlöny 144. évf. 11. füzet 485
BÓTA ATTILA
Nanorészecskék általános
fizikai-kémiai tulajdonságai
A
természettudományos kutatások- diszperz rendszerek, asszociációs kolloi- (gyógyszer-) molekulákat tartalmazni ké-
ban a kis méretekhez kapcsolódó, dok). Következésképpen a nanorészecskék pes dendrimereket mint nanohordozókat a
molekuláris szint(cid:294) változások leírá- és nanorendszerek tárgyalásánál a nanomedicina ígéretes jelöltjeiként tartják
sa és megértése az utóbbi id(cid:280)ben kulcsfon- kolloidika ismereteire támaszkodhatunk, számon. A szén nanocsövek és a kémiai fel-
tosságúvá vált. Az atomokból vagy moleku- és ezen túlmen(cid:280)en, a nanorészecskék és építésükben azokkal rokon grafén (egyetlen
lákból álló csoportok geometriai méretének nanorendszerek el(cid:280)állításánál, valamint atom vastagságú grafitréteg) nanosíkok kü-
csökkenésével a határrétegben elhelyezke- jellemzésénél e tudományterület törvény- lönleges transzportsajátságaik révén kerül-
d(cid:280) alkotók aránya megn(cid:280) a részecskék bel- szer(cid:294)ségeit kell figyelembe vennünk. tek a tudományos és az elektronikai ipar ér-
sejében elhelyezked(cid:280)khöz viszonyítva. En- A nanorészecskéket a legkülönböz(cid:280)bb dekl(cid:280)dési középpontjába.
nek következtében a részecskék általános területeken (híradástechnika, optika, katalí-
fizikai-kémiai tulajdonságai a tömbfázisbeli zis, gyógyászat) alkalmazzák. A szervetlen
állapotokétól el fognak térni és új közös vo- nanorészecskék közül a különleges fény- A nanorészecskék fizikai-kémiai
nások jelennek meg, amelyek els(cid:280)dlegesen és elektronvezetési tulajdonságú kvantum- tulajdonságai és azok meghatározá-
a kicsiny méret következményei. pontokat („quantum dots”), az els(cid:280)sorban sának lehet(cid:280)ségei
A különleges tulajdonságoknak okot adó kontrasztanyagként alkalmazott mágneses
redukált méret alapján ezeket az anyagokat nanorészecskéket, valamint a jelz(cid:280)anyag- A részecskék alapvet(cid:280) fizikai-kémiai tulaj-
nanoanyagoknak hívják. A nanoanyagok ként használható arany nanorészecskéket donságaikat azok alakja, mérete, morfoló-
egy része új, mesterségesen el(cid:280)állított, más kell megemlítenünk. A szerves alapú giája, valamint felépítése határozza meg.[2]
része viszont a természetben A bevezet(cid:280)ben említett példák illusztrálják,
megtalálható. hogy a nanorészecskék összetételük, ere-
A nanorészecskék – el- detük és el(cid:280)állítási módjaik alapján rend-
nevezésüknek megfelel(cid:280)- kívül változatosak. Ennek ellenére van né-
en – kicsiny méret(cid:294), kör- hány fizikai-kémiai sajátság, amelyek alap-
nyezetükt(cid:280)l jól elkülönü- ján a nanorészecskék adott környezetük-
l(cid:280) objektumok. Általánosan ben jellemezhet(cid:280)k. Ezek a következ(cid:280)k: a
elfogadott definíció szerint nanorészecskék mérete, alakja, a részecskék
nanorészecskéknek azokat felületi – els(cid:280)sorban elektromos – tulajdon-
az anyagokat szokás nevezni, ságai, a nanorészecske-nanorészecske, vala-
amelyek mérete legalább két mint a nanorészecske-közeg kölcsönhatások.
dimenzióban az 1 és 100 nm 1. ábra. Egyréteg(cid:294) (nanorészecske) és sokréteg(cid:294)
közötti tartományba esik. [1] (nanorendszer) vezikulák. Az elektronmikroszkópos
Például rúd alakú („t(cid:294)szer(cid:294)”) képek fagyasztással fixált, és a minta töréssel feltárt A nanorészecskék mérete és alakja
nanorészecskék esetében az felszínér(cid:280)l nyert lenyomatokról készültek
átmér(cid:280) nanométeres, a hosz- A nanorészecskék jellemz(cid:280) mérete 1 és
szúság pedig akár több mikron is lehet. A nanorészecskék közül kiemelked(cid:280) fontos- 100 nm közé esik. Alakjuk általában
nanorendszerek ezzel ellentétben nagy ki- ságúak a sejtmembránokhoz hasonló fel- közel gömbszer(cid:294) (idegen kifejezéssel,
terjedés(cid:294) (makroszkopikus) anyagok, ame- építés(cid:294), gömb alakú foszfolipid vezikulák „monoform”). A gömbszer(cid:294) alak létre-
lyek belsejében – legalább egy dimenzió- (más szóval liposzómák), amelyek külön- jöttének termodinamikai oka van: ek-
ban – nanométeres méretskálájú inhomoge- böz(cid:280) változatai jelz(cid:280)anyag- („marker”) kor ugyanis a felületi energia minimá-
nitások, szerkezeti tulajdonságok jelennek és gyógyszerhordozóként fontos biológi- lis. Deformált gömb alakú nanorészecske
meg. Például egyes talajalkotó rétegrend- ai és orvosi felhasználást nyertek. Érde- esetében az eltérést gyakran a hetero-
szerek, az agyagásványok vagy az utóbbi mes megjegyezni, hogy e vezikulák sok- gén kémiai összetételben kereshetjük.
évtizedekben felfedezett sokréteg(cid:294) rend- réteg(cid:294) formái, amelyeknek küls(cid:280) mérete Nanorészecskék esetében is tapasztal-
szerek tartoznak ide. Ezen anyagok néhány a mikrométert is meghaladhatja, a definí- hatjuk, hogy az alkotók felületi kon-
mikrométeres vagy milliméteres darabkái- ció alapján a nanorendszerek csoportjába centrációja eltér a részecske egészé-
ban a rétegek periódustávolsága az említett tartoznak, és a gyakorlatban mint modell- re vonatkozó koncentrációktól. Er(cid:280)sen
1 és 100 nm közötti tartományba esik. membrán-rendszerek használatosak (1. áb- anizotrop (a részecske bizonyos tulaj-
A nanorészecskék a klasszikus kolloi- ra). Az elágazó szerves láncokból felépül(cid:280), donságai változnak a térbeli iránytól füg-
dika rendszerezése alapján a „finom kollo- néhány nanométer távolságban gömbhéjba g(cid:280)en) részecskealak elérésére külön „er(cid:280)-
idoknak” felelnek meg („szol”-ok, finom tömöröd(cid:280), a láncok közötti üregeiben más feszítéseket” kell tennünk. A „magkép-
486 Természet Világa 2013. november
z(cid:280)dés és növekedés” („nucleation and kölcsönhatás eredményeképpen a beérke- töltött felületét az oldat ellenkez(cid:280) töltés(cid:294)
growth”) mechanizmusa alapján növeke- z(cid:280) nyaláb irányát a részecske méretét(cid:280)l és ionjai bevonják. Az így kialakult rétegre
d(cid:280) nanorészecskék alakformálódását ani- alakjától függ(cid:280)en megváltoztatja. A szórt további rétegek pakolódnak. Mivel az azo-
zotrop térformájú kicsiny terekben biz- nyalábnak az eltérülés szögét(cid:280)l függ(cid:280) in- nos töltés(cid:294) részecskék között elektrosztati-
tosítják, melyeket nanoreaktoroknak ne- tenzitását detektálva – az intenzitás-ré- kus taszítás lép fel, a rétegek nettó töltése
veznek. Például nanorétegek között lap szecskeméret közötti összefüggések alap- és annak tapadása a nanorészecske felü-
formájú nanorészecskék képz(cid:280)dését se- ján – a nanorészecskék mérete és méret- letét(cid:280)l távolodva egyre kisebb. Az elekt-
gíthetjük el(cid:280), rúd alakú nanorészecskéket eloszlása meghatározható. Látható fényt rosztatikus kölcsönhatásoktól függetlenül,
pedig lágy közegben áramoltatással, használva finomszerkezeti információt a nanorészecskék h(cid:280)mozgást is végeznek,
vagy centrifugálással megnyúlt formájú nem nyerhetünk, mert ebben a tartomány- amelynek révén a határréteg a részecs-
nanoreaktorokban állítanak el(cid:280). El(cid:280)for- ban a hullámhossz túl nagy. Röntgensu- kék felületét(cid:280)l számítva bizonyos távol-
dul, hogy a nanorészecske növekedése garat vagy neutronnyalábot alkalmazva, ságban szétválik és végeredményképpen
valamelyik kristálytani tengely irányá- a nanorészecskék mérete és a részecskék nettó töltés(cid:294), hidratált részecskék lesznek
ban nagyobb, ilyen esetekben is anizotrop közötti távolságok következtében a meg- jelen a rendszerben. A határfelület és a kö-
nanorészecske keletkezik. Önrendez(cid:280)dés zeg között mérhet(cid:280) elektromos potenci-
során, vagyis az összekevert alkotók kö- ált zéta-potenciálnak nevezik (2. ábra). A
zötti kölcsönhatások által spontán mó- nettó töltés(cid:294) részecskék között elektrosz-
don kialakuló nanorészecskék esetében a tatikus kölcsönhatás következtében taszí-
komponensek és azok arányának megvá- tás lép fel, ami megakadályozza, hogy a
lasztásával gömb, ellipszoid vagy kocka nanorészecskék és a közöttük ható von-
alakú nanorészecskék alakíthatók ki (pél- zás eredményeképpen összetapadjanak. Az
dául liposzómák, micellák, kuboszómák). egyedi nanorészecskéket tartalmazó rend-
Ezekben az esetekben a felhasznált anya- szert stabilnak mondjuk. A zéta-potenciál
gok egy része önmagában is anizotrop abszolút értékének nagysága jelzi a stabi-
térformájú és a „Lego” játék analógiájára litás mértékét. Ha az érték +/-40 és +/-60
az épít(cid:280)egységek változatos módon pa- mV között van, akkor stabil, és ha a ha-
kolódhatnak össze. A „játékos” szerepét tárérték felett van, akkor nagyon stabil a
ebben az esetben az összekevert kom- rendszer.
ponensek között fellép(cid:280) elektrosztatikus Elektromos kölcsönhatás révén a
és egyéb gyenge, másodlagosnak mon- 2. ábra. Nanorészecske felületi nanorészecskék biológiai környezetben
dott, de a természeti folyamatokban lé- töltésének jellemzése. Az ionokat nem stabilizálhatók, mert a lokális kör-
nyeges szerepet betölt(cid:280) van der Waals tí- tartalmazó rendszerben a nyezet változik. Ezért, különösen az orvo-
pusú kölcsönhatások játsszák. Általában nanorészecskéknek elektromosan si felhasználású nanorészecskék (például
egy adott összetétel egy adott térformájú töltött határrétege van vezikulák) esetében, a térbeli („sztérikus”)
nanorészecskét eredményez. stabilizálásnak van nagy jelent(cid:280)sége. Ez
A nanorészecskék méret- és alak megh a- figyelt röntgen- vagy neutronszórás jel- úgy érhet(cid:280) el, hogy a nanorészecskék fe-
tá rozásának leggyakoribb eszköze az elekt- lemz(cid:280)en kisszög(cid:294) szórás, azaz a sugárnya- lületére kémiailag reaktív csoportot nem
ronmikroszkóp, amellyel a részecskék ve- láb leginkább a kis szögek tartományában tartalmazó, nagymértékben hidratálható
tületi felületének képét nyerjük. A felvétel szóródik. A módszert alkalmazva, a méret szerves polimert visznek fel, ami meg-
készítésekor általában a nanorészecskék meghatározásán felül a nanorészecskék akadályozza a nanorészecskék összeállá-
szuszpenzióját, a nanorészecskék „olda- bels(cid:280) szerkezetér(cid:280)l is információhoz ju- sát (aggregációját).
tát” kell egy szilárd és vékony hártyára tunk. Az esetek többségében a szórás in-
cseppenteni és beszárítani. Gyakori eset, tenzitása a szög függvényében mérve mo-
hogy a nanorészecskék kiszáradva egy- noton lecseng(cid:280) görbét ad. Ha a minta Egyéb felületi tulajdonságok
máshoz tapadnak, és így téves informá- rendezett, például belsejében 1–10 nm-
cióhoz jutunk. További problémát jelent, es periódusú rács is jelen van, a görbére A nanorészecske-közeg kölcsönhatások-
hogy a mikroszkóp elektronsugara elekt- éles, ún. kisszög(cid:294) diffrakciós csúcsok ül- nak a gyakorlati felhasználás során nagy
romosan feltölti a mintát vagy kémiai re- nek. Nanorétegek esetében több diffrakci- jelent(cid:280)sége van. A felhasznált közeg lé-
akciót okoz. A lágy, szerkezeti alkotóként ós csúcs is megfigyelhet(cid:280), ami a megfelel(cid:280) nyegesen eltérhet a nanorészecskék sta-
vizet vagy más oldószert tartalmazó min- fizikai összefüggés alapján értelmezhet(cid:280). bilitása kapcsán fentebb említett vizes
ták tanulmányozása csak különleges mik- elektrolitokétól. A nanorészecskéket tar-
roszkópos módszerekkel történhet. A krio- talmazó kompozit rendszerekben a ré-
elektronmikroszkópos vizsgálat esetében a Felületi elektromos tulajdonságok szecskék felületén (általában adszorp-
fagyasztott mintát, fagyasztva töréssel el(cid:280)- cióval, azaz fizikai-kémiai módszerrel)
készített eljárás esetében a minta morfoló- A nanorészecskék felülete általában töltött, olyan határréteget kell kialakítani, hogy
giáját hordozó törési felszín lenyomatát, azaz elektromosan nem semleges. Különö- a részecskék között aggregáció ne lép-
a replikát tanulmányozzuk. Az utóbbi két sen igaz ez a szervetlen nanorészecskékre, jen fel és homogén rendszer alakuljon
esetben a nanorészecskék valós, az aktuá- amelyek általában ionkristályos szerkeze- ki. Az er(cid:280)sen toxikus hatású, de optikai
lis közegnek megfelel(cid:280) méret- és alaktani t(cid:294)ek és tipikusan negatív töltés(cid:294)ek. A bi- tulajdonságukban megfelel(cid:280) vegyületek
jellemzését végezhetjük el. ológiai felhasználást szem el(cid:280)tt tartva, a nanorészecskéit nem toxikus nanoréteggel
A nanorészecskék méret- és alak-meg- nanorészecskéket vizes, általában egyéb kell bevonni. Ebben az esetben a közeg
határozásának indirekt lehet(cid:280)ségei szórá- sót is tartalmazó oldatokban (a kívánt kö- és a nanorészecske anyaga közötti ké-
sos módszereken alapulnak. Ezekben az zeg biztosítása érdekében adott pH-érté- miai folyamatokat kell megakadályoz-
esetekben a nanorészecskék és a felhasz- ken, különböz(cid:280) pufferrendszerekben) ál- ni. A biológiai képalkotásban felhasznált
nált fény- vagy részecskenyaláb közötti lítják el(cid:280) és vizsgálják. A nanorészecskék kontraszt vagy fluoreszcens tulajdonságú
Természettudományi Közlöny 144. évf. 11. füzet 487
Nanorészecskék általános fizikai-kémiai tulajdonságai
N
incs még egy tudományterület,
amelynek elveit, módszereit és
törvényeit olyan nagymértékben
hasznosítják napjaink modern természet-,
m(cid:294)szaki- és orvostudományában, mint a
kolloidikáét. Ez a több mint 150 éves múltra
visszatekint(cid:280) tudomány napjainkban rene-
szánszát éli. A sokáig „csak” empirikusnak
tartott, és az egzakt természettudományok
m(cid:294)vel(cid:280)i részér(cid:280)l gyakran lekicsinyelt tudo-
mány terület jelent(cid:280)ségében az els(cid:280) áttörést
a nanotechnológia megjelenése és alkalma-
zási területeinek széleskör(cid:294) elterjedése hoz-
ta. A kolloidika ugyanis a nanotechnológia
kémiai alapjainak a tudománya. Ismerete
nélkül nem lehetne a nanométer mérettarto-
mányban részecskéket, molekulahalmazo-
kat, vagy parányi szerkezeteket el(cid:280)állítani, a
kolloid kölcsönhatások ismerete nélkül pe-
dig nem lehetne ezeket molekuláris szinten
manipulálni és adott struktúrába rendezni. A
3. ábra. A kisméret(cid:294) aranyklaszter- és nanorészecskék fényelnyelési kolloidkémiai és kolloidfizikai tudás haszno-
tulajdonságai különböznek. A nano részecskék méretét(cid:280)l, alakjától függ(cid:280) sításának egy másik szembet(cid:294)n(cid:280) területét az
elektronpályák fénygerjesztése következtében a nanorészecskék abszorpciós orvosbiológia és a gyógyszertudomány je-
lenti. Ezek a rendkívül dinamikusan fejl(cid:280)d(cid:280)
tudományterületek a kolloidika szinte min-
egyedi nanorészecskéket, vagy e részecs- utal, hogy a legkisebb nanorészecskéknek den ágára építenek. Egyaránt hasznosítják
kéket tartalmazó nanohordozókat olyan eddig csak részben feltárt, lényeges biológi- a kolloid rendszerek két nagy csoportjára a
határréteggel kell ellátni, amelynek révén ai hatásai lehetnek. Végezetül megemlítem diszperz és a difform rendszerekre vonatko-
a szöveti környezetben megfelel(cid:280) elosz- az aranyklaszterekkel kapcsolatos legújabb zó ismereteket. Mára már az „Elhanyagolt
lás, idegen kifejezéssel biodisztribúció kutatási eredményeket. A néhány nm átmé- dimenziók világá”-ból a legfontosabb di-
érhet(cid:280) el. r(cid:280)j(cid:294), kevés számú aranyatomból és az (cid:280)ket menziók világa lett.
Az általában tömör és sima felüle- körülvev(cid:280) polipetid- vagy fehérjeköpeny- A nanorészecskék (diszperz rendszer)
t(cid:294) nanorészecskék mellett pórusos b(cid:280)l álló hibrid szerkezet UV-fénnyel történ(cid:280) el(cid:280)állítására és alkalmazására vonatkozó
nanorészecskék is készíthet(cid:280)k. A részecs- megvilágítás hatására vörös fényt bocsát ki. ismereteket már eddig is széles körben al-
kék belseje mikropórusokat (ahol a pórus- Az aranyklaszter fényelnyelési spektruma kalmazzák számos technológiai, valamint
átmér(cid:280) 5 nm-nél kisebb) és mezopórusokat lényeges módon eltér a nanorészecskékre az orvosi területen. A kolloid rendszerek
(a pórusátmér(cid:280) 5 és 50 nm között van) tar- jellemz(cid:280), abszorpciós maximumot mutató másik nagy csoportjának, a difform rend-
talmazhat. A pórusok a nanorészecske formától (3. ábra). szereknek orvosbiológiai jelent(cid:280)ségét csak
felszínén nyílnak és átjárják a részecs- A nanorészecskék újonnan el(cid:280)állított vál-
ke egészét. A pórusos nanorészecskék tozatainak száma folyamatosan növekszik és
fizika-kémiai jellemzését gáz- és a legmodernebb fizikai eszközök felhasználá-
folyadékadszorpciós módszerekkel vég- sával egyre több – talán meglep(cid:280) – informá-
zik, amellyel a pórusok térfogat- és su- cióhoz, valamint alkalmazási lehet(cid:280)ségekhez
gáreloszlása határozható meg. A póru- juthatunk. á
sokba gyógyszer zárható és hosszan tar-
tó, késleltetett hatóanyag-leadás valósít- Irodalom
ható meg.
[1] Scientific Committee on Emerging and
Newly Identified Health Risks, (SCENIHR),
Záró megjegyzések European Commission Health & Consumer
Protection Directorate-General Directorate
A nanorészecskék felhasználásának szem- C - Public Health and Risk Assessment C7 -
pontjából kiemelked(cid:280) fontosságúak a leg- Risk assessment. 2006. 1. ábra. Sematikus ábra a köt(cid:280)szövetr(cid:280)l
kisebb méret(cid:294), 1 nm karakterisztikus méret [2] Csanády A., Kálmán E., Koncos G. (szerk.) (köt(cid:280)szöveti sejtek és extracelluláris
közelébe es(cid:280) részecskék. Ebben a mérettar- Bevezetés a Nanoszerkezet(cid:294) Anyagok Vi- mátrix) [Schultz G.S., 2005]
tományban a nanorészecskék a környeze- lágába, MTA KK és ELTE Eötvös Kiadó,
ti molekulákkal összemérhet(cid:280)ek és a kör- Budapest, 2009. újabban ismerték fel, els(cid:280)sorban a sejtkö-
nyezetükben aktív szerepet tölthetnek be. [3] M. Pálmai, L. Naszályi-Nagy, J. Mihály, zi (intercelluláris) állománnyal mutatott
A kicsiny méret(cid:294) nanorészecskék az aktív Z. Varga, G. Tárkányi, R. Mizsei, I.,Cs. nagyfokú szerkezeti hasonlósága miatt.
fehérjemolekulák konformációját, ezen ke- Szigyártó, T. Kiss, T. Kremmer, A. Bóta: A nanotudományok magas szint(cid:294) m(cid:294)ve-
resztül aktivitását képesek megváltoztatni. Preparation, purification, and characterization lésére és oktatására a Semmelweis Egyetem
Például a „szubnano” szilikarészecskék a of aminopropyl-functionalized silica sol, Jo- Nanotudományi Hálózatot hozott létre. A há-
sejtmembránokban az ioncsatornák fehérjé- urnal of Colloid and Interface Science, 390 lózat keretében a Nanokémiai Kutatócsoport
inek aktivitását képesek blokkolni, ami arra (2013) 34-40. 2010. július 1-jén alakult meg. A kutatócso-
488 Természet Világa 2013. november