Magyar Tudomány, 2005/3 371. o.

Kitekintés


Elektronpályák "fényképezése"

Új korszak kezdődik a kémiai folyamatok megértésében: első ízben sikerült háromdimenziós képet készíteni egy molekula elektronpályáiról. A kémiai folyamatokban az egymással reakcióba lépő atomok, molekulák elektronjainak a helye, az energiája változik meg, a kémiai reakciók mögött az elektronok átrendeződése áll. A molekulák alkotórészei között az elektronok szolgálnak összekötő kapocsként. A kvantummechanika szerint az elektronok mozgása valószínűségi eloszlással jellemezhető, csak a valószínűségét tudjuk megadni annak, hogy adott pillanatban adott helyen tartózkodnak-e. A kémiai reakciókban tehát nem parányi "golyók", hanem lágy körvonalú "felhők" mozdulnak el.

A képalkotáshoz rendkívül rövid impulzusokat kibocsátó lézert használtak. A fényimpulzus ionizálta a két nitrogénatomból álló nitrogénmolekulát. A molekulának átadott energia hatására a legkülső, a két atom közti kötést létesítő elektron szabaddá vált. Később ez az elektron visszaugrott a helyére, és a korábban felvett, a szokásos helyére visszatérve feleslegessé vált energiát fény formájában kisugározta. Ez a fény találkozott a lézer fényével, a két fényimpulzus interferált egymással. Az eredmény attól függően változott, hogy a lézerimpulzus hol találta el a molekulát, hol tartózkodott az elektron. A lézeres ionizálás műveletét sok ezerszer megismételve megkapták a nitrogénmolekula legkülső elektronja pályáját. A sikeres első kísérlet után a kutatók bonyolultabb nehezebb feladatok megoldására készülnek - összetettebb felépítésű, nagyobb molekulák vizsgálatát tervezik. A vizsgálatsorozat távlatilag fontos alkalmazásokhoz is vezethet. Javítani lehet az ismert kémiai reakciókon, új katalizátoranyagokat lehet majd keresni. Izgalmas területnek ígérkezik a biológiai folyamatokban szerepet játszó molekulák tanulmányozása, a fehérjék alakváltozásainak a nyomon követése, megértése.

Itatani, Jiro et al.: Tomographic Imaging of Molecular Orbits. Nature. 16 December 2004, 432, 867-871. http://www.nature.com/news/2004/041213/full/041213-7.html

J. L.


Csapdába ejtett fény

Jörg P. Kotthaus (Centre for Nanoscience, Ludwig Maximilian University, München) optikai memóriachipet készített. A chip a digitális fényképezőgépekből is jól ismert CCD-hez (charge coupled device - töltéscsatolt eszköz) hasonlóan működik. A CCD-ben a felületen elrendeződő töltésekben rögzül a fény által közvetített kép, ezt olvassák ki, majd az információ egy memóriakártyára kerül. Minél fényesebb az eredeti kép adott részlete, annál több töltés halmozódik fel a megfelelő képpontban. Az új PCD-ben (photon storage device - fotontároló eszköz) is elektronok és lyukak válnak szabaddá a gallium-arzenid félvezető anyagban fény hatására. Az újdonság az elektromos tér kikapcsolása, ekkor a töltések rekombinálódnak, és fényt sugároznak ki. A PCD tehát alkalmas lehet optikai memóriachipnek, az elektromos tér kikapcsolásáig őrzi, majd kiadja az információt. A gyakorlati alkalmazást az hátráltatja, hogy az eszköz csak folyékony nitrogén hőmérsékleten működik, magasabb hőmérsékleten az elektronok és a lyukak elmozdulását, a kép elmosódását nem tudja megakadályozni az elektromos tér. Megoldást jelenthet, ha magasabb hőmérsékleten is "működő" félvezető anyagot találnak.

Hogan, Jenny: Light Trap Heralds Optical Revolution. New Scientist. 15 January 2005. 2482, 25.

Kotthaus, Jörg P. et al.: Capture and Release of Photonic Images in a Quantum Well. Applied Physics Letters. 13 December 2004, 85, 24, 5830-5832.

J. L.


Kalitkába zárt gáz

A hatvan szénatomból álló, gömb alakú fullerén molekulába korábban is zártak már idegen atomokat, molekulákat, ezek a fullerén készítése során kerültek a gömbbe. Amerikai kutatók szerves kémiai lépések sorával hatékonyabb módszert dolgoztak ki hidrogénmolekulák fullerén csapdába zárására. Módszerüket "molekuláris sebészetnek" nevezik. Először 13 szénatomos gyűrű alakú nyílást nyitnak a zárt gömbön, a nyílás nagyjából kör alakú, és egy kénatom is ül a peremén. Ezután bejuttatják a gázt, végül lezárják a nyílást. A hidrogénmolekula még akkor sem tudott kiszökni a csapdából, amikor tíz percre 500 fokos hőségnek tették ki.

Komatsu, K. et al.,: Encapsulation of Molecular Hydrogen in Fullerene by Organic Synthesis. Science. 14 January, 2005, 307, 238-240.

J. L.


Építsünk szuperrácsot!

Ferroelektromos anyagokat sokfelé alkalmaznak; számítógépmemóriákban, autóban a légzsák gyorsulásmérőjében vagy tintasugaras nyomtatókban. Ezek az anyagok külső tér nélkül is elektromos dipólusmomentummal bírnak, az anyag két oldalán spontán jelennek meg az ellentétes töltések, az egyik oldal pozitív, a másik negatív töltésű lesz. Gyakori a piezoelektromos tulajdonságaik felhasználása is. A ferroelektromos anyagok rendszerint perovszkitok, a kalcium-titanát ásványhoz hasonló kristályszerkezetű oxidok. Ho Nyung Lee és munkatársai ilyen anyagokból raktak össze szendvicset. Az alapanyagokból lézerrel plazmát készítettek, a rétegek epitaxiálisan ülepedtek egymásra. Az alaplapra háromféle réteget növesztettek: a stroncium-titanát, bárium-titanát és kalcium-titanát rétegek triója többször ismétlődött. A bárium-titanátnál 50 %-kal nagyobb volt a szendvics ferroelektromos polarizációja.

A szuperrácsok összetevőiktől eltérő tulajdonságokat is mutatnak, pl. két, külön-külön nem szupravezető oxidból épített szuperrács már szupravezető. Más, eredetileg nem ferroelektromos anyagokból (stronciumkromát, stroncium-titanát) összerakott szendvics ferroelektromos tulajdonságokat mutat.

Rijnders, Guus - Blarik, Dave H. A.: Build your Own Superlattice. Nature. 27 January 2005, 433, 369-370.

Lee, Ho Nyung et al., Strong Polarization Enhancement in Asymmetric Three-Component Ferroelectric Superlattices. Nature. 27 January 2005, 433, 395-399.

J. L.


Megújuló szívizom

A szív elpusztult sejtjeinek pótlására alkalmas ún. progenitor sejteket fedeztek fel a University of California kutatói. A felismerés újabb adalék annak az évtizedeken át létező és csak az őssejtkutatás fejlődésével megkérdőjelezett dogmának a megdöntésében, amely szerint a szív regenerációra képtelen szerv. Meghatározott számú szívizomsejttel születünk, s mivel osztódásra képtelenek, életünk során számuk folyamatosan csökken.

Kenneth Chien és munkatársai felnőtt patkányok szívében olyan sejteket kerestek, amelyekben működik a progenitorokra jellemző islet-1 nevű gén. Azonosítottak is ilyeneket, és később emberi szívben is megtalálták az őssejtekre emlékeztető sejteknek ezt a csoportját. Chien szerint korábban azért nem fedezte fel ezeket senki, mert a születés után mindössze néhány száz ilyen sejt marad a szívben, és a korral számuk tovább csökken.

A kutatók újszülött állatok szívéből több száz progenitor sejtet izoláltak, és ezekből szívizomsejtek millióit produkálták.

Bár a progenitor sejteket megkülönbözteti az őssejtektől, hogy csak véges számú osztódásra képesek, elképzelhető, hogy gyógyászati felhasználásuk könnyebb lesz. Nincs ugyanis szükség speciális vegyületekre és hormonális ingerekre ahhoz, hogy szívizomsejtekké alakuljanak.

A University of California kutatói abban bíznak, hogy például az infarktus következtében elhalt szívizomrész "újraéleszthető", pontosabban pótolható lesz, ha a beteg területre ilyen sejteket juttatnak. Egyelőre azonban a feladat az, hogy megtalálják az izolálás és a laboratóriumi körülmények között való tenyésztés hatékony módszereit.

Laugwitz, Karl-Ludwig et al.: Postnatal Isl1+ Cardioblasts Enter Fully Differentiated Cardiomyocyte Lineages. Nature. 10 February 2005, 433, 647-653.
Doi: 10.1038/nature03215

G. J.


Szeléngyűjtő mustár

Az indiai vagy barnamustár (Brassica juncea) genetikailag módosított változatát hozták létre amerikai kutatók, amely képes a talajt a felesleges szeléntől megtisztítani. A növénynek ezt a képességét nemcsak laboratóriumi körülmények között tesztelték, hanem szabad földön is, a kaliforniai Farmland magas szeléntartalmú területein. A talaj itt már a növények számára is mérgező mennyiségben tartalmazza ezt az elemet. Az indiai mustár azonban természetes szelénrezisztenciával rendelkezik, és képes sok szelént megkötni. A kutatók (Norman Terry és munkatársai, University of California) a növénynek ezt a képességét fejlesztették tovább olyan gének bevitelével, amelyek fokozták a szelénéhséget. A transzgénikus mustár 4,3-szor annyi fém felvételére volt képes, mint a vad típus. Mivel elvileg felmerül annak lehetősége, hogy az idegen gén átjuthat emberi fogyasztásra szánt növényekbe is, Terryék a kísérleti telepet úgy választották ki, hogy ne legyen a közelben olyan faj, amellyel az indiai mustár kereszteződni tud, illetve ahogy megjelentek a virágok, azonnal leszedték őket. (Nature Science Update 2005. 02. 11.). A kutatók most olyan transzgénikus növényt szeretnének kikísérletezni, amelynek pollenjébe nem juthat be a "szelénfaló" gén.

Az új mustárfajt nem csupán talajtisztí-tásra lehetne alkalmazni, hanem állati takarmányul is szolgálhat. A szelén ugyanis az állati és az emberi szervezet számára egyaránt fontos nyomelem, de mivel a talaj sok területen kevés szelént tartalmaz, általános a szelénhiányos táplálkozás.

Bañuelos Gary - Terry N. - Leduc D. - Pilon-Smits E. A. H. - Mackey B. B.: Field Trial of Transgenic Indian Mustard Plants Shows Enhanced Phytoremediation of Selenium-Contaminated Sediment. Environmental Science and Technology. published online: doi:10.1021/es049035f (2005).

G. J.


Miért győzte le a TBC a leprát?

Brit kutatók (University College London) emberi csontmaradványokon végzett DNS-vizsgálatok alapján alátámasztják azt a korábbi feltételezést, amely szerint a középkorban a sokkal hatékonyabban pusztító TBC megjelenése okozta a leprás megbetegedések számának jelentős csökkenését. A jelenség okát azonban a korábbiaktól eltérő módon magyarázzák.

A járványok történetéből régóta ismert, hogy az Európában évszázadokon át tomboló lepra a XIV-XV. században rejtélyes módon visszaszorult, és nem sokkal később a tuberkulózis lett a régió legjelentősebb fertőző betegsége.

Mivel a betegségeket ugyanabba a családba tartozó baktériumok okozzák - a Mycobacterium tuberculosis illetve Mycobacterium leprae - a tudósok már a negyvenes években feltételezték, és azóta ez elfogadott tétellé vált, hogy keresztimmunizáció léphet fel: a TBC-vel történő fertőződés véd a lepra ellen. A Helen Donoghue vezette kutatócsoport azonban azt állítja, hogy nem erről van szó. Egy nemzetközi program keretében, régészekkel és antropológusokkal együttműködve huszonnégy olyan középkori csontvázat vizsgáltak meg, amelyeknél a csontok elváltozásai alapján feltételezhető volt, hogy megtalálják vagy a lepra, vagy a TBC kórokozóját. A DNS-vizsgálat tíz esetben (42 %) mindkét baktériumot kimutatta, jelezve, hogy milyen gyakori volt akkoriban a társfertőzés. Donoghue szerint ebből az következik, hogy a lepra miatt legyengült szervezetű emberek könnyen megkapták a TBC-t, és az megölte őket, mielőtt még továbbadhatták volna a lepra kevésbé virulens kórokozóját. A közhiedelemmel ellentétben ugyanis a lepra nem túlságosan ragályos, mások megfertőzéséhez szoros kontaktus kell - magyarázza a kutatónő a New Scientist Online február 9-i számában. Hozzáteszi: az, hogy a késő középkorban az emberek összezsúfolódtak a városokban, még életképesebbé tette a tuberkulózis kórokozóját.

Ma a világon évente kb. nyolcmillió új TBC-t és kb. félmillió új leprás megbetegedést diagnosztizálnak.

Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (DOI: 10.1098/rspb. 2004.2966)

G. J.

Jéki László - Gimes Júlia


<-- Vissza a 2005/3 szám tartalomjegyzékére