Igazgató: Prof. BÁRSONY István DSc, H-1525 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Tel.:+361-3922225, Fax:+361-3922226

MFA Nyári Iskola Középiskolásoknak

A jelentkezéssel kapcsolatos információk ITT.

dr. Nguyen Quoc Khanh #07c - A NANOSZÁL ALAPÚ BIOSZENZOR MEGVALÓSÍTÁSA FELÉ -
Témavezető: dr. Nguyen Quoc Khanh, Tel.:392-2222-3661, Épület:18/D, Szoba:106, E-mail:khanh@mfa.kfki.hu,n.q.khanh@ttk.mta.hu, GEarth:(KFKI_18D)

A főzőedénytől a nanoméretű eszközig: lépések a nanoszál alapú bioszenzor megvalósítása felé
(MTA MFA - Kerámia és Nanokompozitok Osztály)

Nanoobjektum az a dolog, amelynek mérete legalább 1 dimenzióban a nm-es (10-9 m) tartományba esik. Ha mindhárom dimenzióban nm-es a mérete, akkor pöttyszerű (kvantum pötty) az objektum, ha csak 2 dimenzióban, akkor fonalszerű (szálas), ha pedig csak egyetlen 1 dimenzióban, akkor az objektum egy nagyon vékony (néhány nm vastagságú) rétegnek (membránnak) felel meg. Mindhárom csoportba eső nanoobjektumnak megvan a maga érdekessége, de itt most csak a lineáris, szálas jellegű nanoobjektumokkal foglalkozunk a továbbiakban.

DNS molekulamodellje
1. ábra. A DNS molekula modellje.

Az élővilágban sok különböző szálas szerkezetű nanoobjektum található. A legnagyobb sztár kétségkívül a DNS kettős spirálja (kb. 2 nm-es átmérővel és akár m körüli hosszúságával), amely felépítésénél fogva különösen alkalmas a genetikai információk hosszú idejű (kódolt) tárolására, de ezen túlmenően az információknak a meghökkentően pontos átmásolására is (1. ábra). Talán nem is kell mondani, milyen óriási horderejű lenne, ha valahogy meg tudnánk oldani, hogy a számítógépekben használt információtárolási módok valamelyike és a DNS között közvetlenül tudnánk adatokat másolni!
kibontott DNS molekula
2. ábra. Kibontott DNS molekula elektronmikroszkópos képe.

Ezen az úton az egyik első lépés a normál körülmények között meglehetősen összegubancolódott (és kromoszómát alkotó) DNS molekula kibontása. Ezt szerencsére már meg tudjuk tenni, a 2. ábrán egy ilyen kibontott DNS molekula elektronmikroszkópos képét láthatjuk. A továbbiakat még ki kell találni :-)

Egy másik jellegzetes példa a harántcsíkolt izmok esete, amelyekben (izomsejtekből kialakult) hosszú izomrostok találhatók (3. ábra), ezekben az izomrostokban viszont actin-myosin fehérje szálak vannak, szintén csak pár nm-es vastagsággal és ahhoz képest nagyon nagy hosszúsággal.

Általában a fehérje szálaknak nem jellemzőjük az összehúzódó képesség, viszont rugalmasak és meglehetősen nagy a szakítószilárdságuk. Csinálnak is ilyesmiből ragasztót, vagy fonalat - még selymet is szőnek. Persze ez sem az emberiségnek jutott először az eszébe, a pókok és a selyemlepke hernyója már sok-sok millió év óta "tudja" (4. ábra)...

izomrostok
3. ábra. Merőlegesen átvágott izomrostok.

pókháló
4. ábra. Igen vékony fehérjeszálakból készül a pókháló.

Mindenesetre mi is tanulunk. Például az évtizedek óta igen nagy sebességgel (állomások között több mint 300 km/h) száguldozó francia szupervonatnak, a TGV-nek a megalkotását is az tette lehetővé, hogy végre sikerült megalkotni egy olyan speciális poliamid műanyagot, amellyel meg tudták oldani a villanymotorok tekercselésének szigetelését a fellépő igen nagy mechanikai és hőhatások mellett.

A hasonló nanoszálas szerkezetű anyagokból kiindulva, mint pl. a kevlar akár még golyóálló ruhát is készíthetünk, mert azonos súlyon számolva akár 5-ször erősebbek lehetnek, mint a legerősebb acél! De nyilván ismerős az is, hogy jópár évtizeddel korábban megjelentek az ún. üvegszálas műanyagok, manapság pedig már a szénszálas anyagok jelentik az ipari csúcsot, legyen szó távcsővek mechanikai alkatrészeiről, vagy éppen teniszütőről. A szénszálak műfaján belül az utóbbi években megjelent legújabb bajnok, az ún. szén nanocső (5. ábra). Ennek nemcsak mechanikai, de elektromos tulajdonságai is különlegesek. Szakítószilárdságban nem ismerünk nála erősebbet, elektromos szempontból pedig viselkedhet akár vezetőként, akár félvezetőként, így potenciálisan alkalmas lehet különféle nano méretű elektronikai alkatrészek megvalósítására is. A szén nanocsövek vizsgálatának intézetünkben is komoly hagyományai vannak.
szén nanocsövek
5. ábra. Szén nanocsövek szerkezeti modellje.


Az MFA Nyári Iskola 1 hete alatt a diák kutatónak lehetősége nyílik arra, hogy végigkísérhessen és természetesen sajátkezűleg is levezényelhessen egyes nanotechnológiában alkalmazott eljárási folyamatokat. Demonstrációként azokat az eljárásokat ismerheti meg, amelyek alapvetőek a nanotechnológiában, s amelyeket konkrétan mi is alkalmazzuk a nanoszál alapú bioszenzorok kutatásában. Nálunk (jelenleg) elsősorban a cink-oxid (ZnO) nanostruktúrák kutatása folyik, részint mert kiváló alapanyag nanoszálak létrehozásához, másrészt az illesztése is megoldható egyéb alkatrészekhez, így nagyon perspektivikus alap majdan kifejlesztendő bioszenzorok megvalósításához.



A három napos kurzuson a következő munkák elvégzését tervezzük:

1. Cink-oxid (ZnO) nanostrukturák (szálak) növesztése nedves kémiai eljárással. (Vajon mi az egyszerű és mi a bonyolult?)

2. Nanoméretű aktívelem kivezetésének kialakítása elektronlitográfiával és fém vákuumpárologtatással. (Jó jó, hogy nanostruktúra, de vajon hogyan férünk hozzá?)

3. Szálak folyadékban való diszpergálása és előre kialakított elektródachipre történő cseppentése.




ELÉRHETŐSÉGEK:
Témavezető: dr. Nguyen Quoc Khanh, Tel.:392-2222-3661, Bp. XII. Konkoly-Thege M. út 29-33, Épület:18/D, Szoba:106, E-mail:khanh@mfa.kfki.hu,n.q.khanh@ttk.mta.hu, GEarth:(KFKI_18D)

Utolsó frissítés: Thu, 10 May 2012 15:45:58 GMT, Számláló: