Atomokkal biliárdozó

Új magyar felfedezés a nanotechnológia világában

Elsőként a Heti Válasz számolhat be egy kutatási eredményről, amely a nanotechnológiában kelt majd feltűnést. A Magyar Tudományos Akadémia kutatója, Biró László Péter mutatta be lapunknak felfedezését, és szólt az új tudományág jövőjéről.

Fotó: Griechisch Tamás Biró László Péter: A holnap küszöbén állunk

Ki hinné, hogy ez a "barkácsolt" alkatrészekből álló, primitívnek látszó szerkezet óránként fél gramm nanocsövet állít elő? (Egy gramm nanocső drágább, mint ugyanekkora tömegű arany.) Nanóból ennyit? Na ne! - viccelődhetnék. Csakhogy az ügy komoly. Ugyanis egy magyar tudós kitalált egy eljárást, amellyel szén nanocsövek tömegét állíthatja elő. A parányi nanoszerkezeteket abban a (nano)technológiában használják, amelynek kísérleteihez a XXI. Századi Kutatási Alap mintegy ötödét fordítják az Egyesült Államokban. Az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetének egyik laboratóriumában méricskélem a furcsa szerkezetet. Biró László Péter, a nanoszerkezetek kutatása osztályának vezetője mutatja a "nanogyárat". Megtudom, hogy mivel a szén nanocsövek előállítása vákuumban nagyon költséges, munkatársaival olyan eljárást próbált kidolgozni, amely a korábbiakhoz képest olcsón és "ipari méretben" termeli az atomnyi alkatrészeket. A dolog roppant egyszerű - mint minden nagy felfedezés. Kell hozzá egy bárhol megvásárolható hegesztőtranszformátor, két léptetőmotor, egy számítógép. A szénpálcák egy edénybe merülnek, a víz alatt jön létre az elektromos ívplazma. Az eredmény a "fekete levesszerű" folyadék, tele a nanotechnológia alkatrészeivel, a szén nanocsövekkel. Miközben gyanakodva figyelem a "garázshangulatot" idéző készüléket, felteszem a kérdést a kutatónak: mire lehet használni a nanoautomatát? "Egyet semmire. Sok millió nanogépet, amelyek képesek az atomokat a megfelelő helyre küldeni és összekapcsolni, gyakorlatilag bármire" - magyarázza. S felvázolja a jövőt, amely - ahogy illik ahhoz, amit nem értünk - utópisztikusan hangzik. Hiszen teljesen más elven dolgozik a jövő nanogyára, mint a mai, hagyományos üzemek, amelyek vesznek egy darab nyersanyagot, elkezdik faragni, eltávolítják a felesleget. Ez gyakorlatilag - mint technológia - megegyezik az ősember kőpattintásával.

Haditerv a gépekben

Biró László Péter hisz az új tudományban, de realista is. Felhívja a figyelmet, hogy a nanotechnológia mint fogalom csupán tíz éve létezik. Most e tudománynak abban a szakaszában vagyunk, amikor a különböző alkotóelemek - mint amilyen a szén nanocső - előállításának módját kidolgozzák. A nanocső szerkezeti eleme lehet a majdani nanogépeknek, működhet tranzisztorként, jelfogóként is.

Az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézetében készült pásztázó alagút-mikroszkópos felvétel Y-szerűen elágazó szén nanocsőről Forrás: www.mfa.kfki.hu/int/nano/

Ma a számítógépekben használt párhuzamos processzorok gyorsítják a nagy számításigényű feladatok megoldását. Azonban ez még mindig "gyerekcipő" ahhoz képest, hogy millió, milliárd processzort kellene összekapcsolni, és az egész rendszernek egységesen kellene "kollektív tudattal" rendelkeznie, amely megoldja azt a feladatot, amelyért a sok millió nanogépet elindították. Lehetetlen az, hogy néhányszor tíz köbnanométeres térfogatba belezsúfoljunk annyi processzorkapacitást, amellyel megoldható, hogy a beteg által lenyelt nanogép tudja: el kell jutnia a tüdőbe, ott meg kell keresnie a rákos daganatot, és addig kell azt pusztítania, amíg el nem tűnik. Azt viszont meg lehet oldani, hogy ez a "haditerv" sok millió egyedbe legyen betáplálva, s tegyék a dolgukat. Ehhez kommunikálniuk kell: "elmondják", melyikük hol van, milyen körülményeket érzékelnek, merre van a cél. S a végeredmény az, hogy amikor az utolsó nemkívánatos rákos sejtet is elpusztítják, akkor megállnak, és elhagyják a szervezetet vagy felbomlanak. Ez persze a távoli jövő, de ebbe az irányba kell haladni.

A holnap küszöbén állunk, amit az bizonyít, hogy nanotechnológia nélkül az egyik gyógyszergyár nem tudta volna végrehajtani kísérletét. A cél annak kiderítése volt, hogy a rákos tüdejű egér mely szervébe jut a befecskendezett anyag, a peptid. Ennek nyomon követésére nanotechnológiával fénykibocsátó kvantumpöttyöket hoztak létre, melyeket összekapcsoltak a peptidekkel. Így a kibocsátott fény alapján meg tudták állapítani, hogy a peptidek valóban oda érkeztek, ahová szánták őket, a rákos daganatba. A következő lépésben már nem kvantumpöttyöt kötnek rá a peptidre, hanem egy olyan kis kapszulát, amely magával viszi a gyógyszert.

Barkácsoló tudósok

Lelkesen magyaráz Biró László Péter a jövő technológiájáról, amit az átlagember tulajdonképpen nem ért, s kérdéseivel megpróbálja kitapogatni, miről is van szó. Például itt van az a bizonyos nanocső, ami ma még drágább az aranynál. Átmérője 1-10 nanométer (a méter milliárdomod része), geometriailag tökéletes cső. Hogyan keletkezik? Roppant egyszerű. A plazma hőmérsékletén az anyag atomokra bomlik, ionizálódik. A lehűlés folyamatában újra összekapcsolódnak az atomok. Megfelelő körülmények között nanométeres, grafit szerkezetű csővé illeszkednek. A szén sokarcú anyag. Nagyon nagy nyomáson a végeredmény gyémánt, megfelelő hűtés esetén a kondenzálódó anyag fullerén (hatvan szénatomból álló tökéletes gömb), illetve szén nanocső lesz. "Atomokhoz csak atomokkal tudunk hozzányúlni, a munkánk az, hogy kitaláljuk a módját. Arra kell rájönnünk, hogy mit mivel kell kölcsönhatásba hozni, és milyen körülmények között ahhoz, hogy az keletkezzen, amit szeretnénk" - állítja Biró László Péter.

Eljött az az idő, amikor az atomokkal "legózni" lehet. Például az IBM kutatói xenonatomokból kirakták a cég logóját. Rendkívül időigényes a művelet, amelyben az alagútmikroszkóp tűjével - mint a biliárdban használt dákóval - a kutató lökdösi az atomokat. De a nanotechnológia ma már nem csak a laboratóriumokban található meg. Egy kozmetikai cég az E-vitamint nanométeres lipid kapszulákba "csomagolta", s így a hatóanyag kevésbé bomlik, és könnyebben behatol az emberi sejtbe.

Milyen technika kell ahhoz, hogy atomokkal "barkácsoljunk"? - firtatom, miközben Bíró László Péter mikroszkópfelvételt mutat egy elágazó szén nanocsőről. Mint elmondja, ezeket a technikákat most tanuljuk. A nagy problémája minden atomi "barkácsolásnak", hogy az atomok nagyon kicsik. Ha valami hasznosat szeretnénk összerakni, akkor nagyon sokat kell rakosgatni az atomokat, ami roppant időigényes. Ezért a kutatók olyan technikákat keresnek, amelyekben az atomok önszerveződnek, "összelegózzák" saját magukat. Ez történik a szén nanocső növekedése során is.

A nanocsövek felhasználhatók különböző műanyagok erősítésére, hasonlóan az üvegszálakhoz. Ráadásul a nanocső elektromosan vezetővé teheti a műanyagot, ami jelentősen javítja például a festhetőséget. Nanocsöveket használva a kábelek árnyékolásában kiváltható a rézfonat, s így a vezeték sokkal olcsóbbá válik. Másik alkalmazási terület az elektronika terén a sík képernyő, amelynek tömeges gyártása már csak kereskedelmi döntéstől függ.

Élhetőbb viszonyokért

Gyulai József akadémikustól, az intézet igazgatójától megtudom, munkatársai különös figyelmet fordítottak arra, hogy lehetőségeikhez képest e terület mely ágával foglalkozhatnak eredményesen. A szén nanocsövekhez bizonyos fokig véletlenül jutottak. A rendszerváltozást követően Jeszenszky Géza külügyminiszter javasolta, hogy a magyar fizikusok az akkori partnernek, az orosz dubnai intézetnek ne fordítsanak hátat, sőt a tárca külügyi forrásból anyagilag is támogatta a kapcsolattartást. Biró László Péter javaslatára nemcsak szilíciummal kísérleteztek, hanem grafittal is. A besugárzás eredményét atomi erőmikroszkóppal tanulmányozták, és azt vették észre, hogy furcsa, nanométeres "szőrök" láthatók a besugárzott kristály felületén. Ez nem sokkal azután volt, hogy a világ tudomást szerzett a nanocsövek létezéséről. A dubnai kísérlet további tanulmányozása után derült ki, hogy a "szőrök" nem szennyeződések, hanem nanocsövek.

A nanotechnológia jelentősége nem kisebb, mint hogy közelebb jussunk ahhoz, hogy 6-10 milliárd ember élhetőbb körülmények közé kerül - véli az akadémikus. Egy kis országban ahhoz, hogy a tudós versenyezni tudjon a gazdag, multinacionális társaságokkal, kutatóintézetekkel, meg kell találni a réseket, azt, hogy hol lehet eredményt elérni.

Valóban. Az akadémiai intézetben elkészült egy szerkezet, amelynek terméke a méter milliárdomod része, mégis lehet, hogy nagy lépést jelent a jövő technológiája felé. Magyar háttérrel - garázshangulatot idéző környezetben -, magyar szellemi erővel.

Kapcsolódó anyagok

http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/