Szuperatomok
Szuperatomokat, egyetlen atomként viselkedõ különleges atomcsoportokat hoznak létre és vizsgálnak Hollandiában a delfti mûszaki egyetemen. Megkezdõdött a szuperatom-kémia nagyon ígéretes korszaka.
Az elsõ felfedezés Shiv N. Khanna (Virginia Commonwealth University) és A. Welford Castleman Jr. (Penn State University) nevéhez fûzõdik. 2005-ben, a Science-ben közölték, hogy olyan alumínium atomcsoportokat találtak, amelyeknek a kémiai tulajdonságai egyetlen atom tulajdonságaira hasonlítottak. Más-más elemhez hasonlított az alumínium-csoport, attól függõen, hogy a csoport hány tagból állt, hány alumíniumatomot tartalmazott. Volt olyan csoport, a 13 Al atomból álló, amely halogénelemre (pl. jódra) és volt olyan, az elõbbinél mindössze egyetlen atommal nagyobb 14-es csoport, amely alkáli földfémre emlékeztetett. Különleges tulajdonságokat mutatott a 13-csoport, ha jódatomhoz kapcsolták. A csoporton több elektromos töltésû tartomány jelent meg, ezért kiválóan alkalmas lehet kémiai folyamatok katalizálására.
Megállapították, hogy egyes alumíniumcsoportok, például a 13, 23 vagy 37 atomból álló csoportok rendkívül stabilak. Ezeket a csoportokat úgy vette körbe néhány elektron, ahogy egyetlen atom körül mozognak az elektronok. Néhány elektron tehát az egész csoportot egységbe fogta, az elektronszerkezet a csoportoknál is az atomoknál jól ismert héjszerkezetet mutatta. A csoportok stabilitását az alkotóelemek térbeli elrendezõdésére és az elektronszerkezetre vezették vissza.
A szuperatomok elõállításának jó módszerét a hollandiai Delft mûszaki egyetemének kutatói dolgozták ki, Andreas Schmidt-Ott professzor vezetésével. Spirálisan feltekert ezüstdrótot hevítettek vákuumban mintegy 900 Celsius-fokra. Az olvadási ponthoz közeli hõmérsékleten az ezüstatomok elpárologtak, ezüstköd, ezüstpára jelent meg, majd a ködfelhõ atomjai összekapcsolódtak. Az ezüstcsoportok között a 9, 13 vagy 55 atomot tartalmazó csoportok bizonyultak nagyon stabilnak energetikailag.
A kutatók reményei szerint ezután kristályokat hoznak létre ezekbõl az atomcsoportokból. Arra számítanak, hogy e kristályok új, különleges mágneses, optikai és elektromos tulajdonságot mutatnak majd. Schmidt-Ott szerint sokféle, egyelõre felfedezésre váró stabil szuperatom létezhet. Elsõsorban száznál kisebb csoportokat várnak, mert ekkora méretekben még számíthat, hogy a csoporthoz hozzáadnak vagy elvesznek egy atomot.
Delft Outlook. 2008/2. http://www.delftoutlook.tudelft.nl
J. L.
Fényeltérítõ metaanyagok
Három dimenzióban, látható fényben mûködõ „varázsköpenyt”, a tárgyakat láthatatlanná tevõ mesterséges metaanyagot hozott létre Xiang Zhang professzor kutatócsoportja a Kaliforniai Egyetemen. A fantasztikus eredmény szálai messzire nyúlnak vissza. Negyven éve az orosz Victor Veselago érdekes tényre figyelt fel. Van két olyan, az anyagokra jellemzõ tulajdonság (elektromos áteresztõképesség (permittivitás) és mágneses áteresztõképesség (permeabilitás)), amely pozitív és negatív értéket egyaránt felvehet, de nincs olyan anyag, amelyben mindkét mennyiség negatív értékû lenne. Veselago azt elemezte, létrehozható-e és milyen tulajdonságokkal rendelkezne egy ilyen, a természetben nem létezõ anyag. Arra a következtetésre jutott, hogy létre lehet hozni ilyen anyagot. A különleges anyag természetesen különleges tulajdonságokkal bírna, szinte minden elektromágneses jelenség másképp zajlana benne. Az egyik legfurcsább következmény a negatív törésmutató fellépése lenne. A fény egy ilyen közeg határához érve nem hatolna be a negatív törésmutatójú anyagba, hanem azt megkerülve haladna tovább. Az ilyen anyagból készült tárgy láthatatlanná válna, viszont láthatóvá válna az általa eltakart, mögötte levõ tárgy.
Az 1990-es évek közepén elkezdték részletesen elemezni ezeknek a csak elképzelt különleges anyagoknak a tulajdonságait. Nevet is kaptak, ezek lettek a metaanyagok (angolul metamaterial). A negatív anyagi jellemzõkkel bíró metaanyagok paraméterei függenek az elektromágneses hullámok frekvenciájától, tehát a paraméterek értéke a frekvenciával együtt változik. A negatív elektromos, illetve mágneses jellemzõk teljesen más frekvenciatartományban jelennek meg. A fizika törvényei ugyanakkor nem zárják ki, nem teszik eleve lehetetlenné, hogy a két paraméter egyszerre vegyen fel negatív értéket.
A metaanyag parányi elemek ismétlõdésébõl áll. Az elemek méretét és egymástól való távolságát úgy kell megválasztani, hogy az jóval kisebb legyen a felhasználandó elektromos sugárzás hullámhosszánál. Ebben az esetben a beesõ elektromágneses hullám nem tudja megkülönböztetni az egyes elemeket, homogénnek látja a metaanyagot. Az egyik összetevõ az elektromos, a másik a mágneses tulajdonságért felel. Az építõelemek parányi hurkok, vezetõdarabok, ezeket helyezik el szabályosan ismétlõdõ rendben.
2006-ban készült el az elsõ metaanyag eszköz, ez még nem három, hanem csak két dimenzióban mûködött. Az elsõ darab kis méretû volt, átmérõje kb. 10 cm. Az építõelemek üvegszálas felületre szerelt rézkarikák és -drótok. A kísérletben egyértelmûen megfigyelték, hogy a mikrohullámok tartományába esõ elektromágneses hullámok megkerülték a metaanyaggal körbevett objektumot, úgy, ahogy a folyó vize megkerül egy sima felületû sziklát a mederben.
A két dimenzióban mikrohullámokra érzékeny metaanyag után most készült el a háromdimenziós, látható fényben mûködõ metaanyag. Két kutatócsoport dolgozott a megoldáson, mindkettõt Xiang Zhang professzor vezette a kaliforniai Berkeley-ben. A kutatásokat amerikai kormánytámogatásból végezték.
Látható fényben hatékony metaanyagot már korábban is építettek nagyon vékony, lényegében egyetlen atomnyi vastagságú rétegbõl. Ez csak a megvalósíthatóság igazolására volt jó, semmiféle gyakorlati célra nem lehetett alkalmazni. Hátránya volt az is, hogy túl sokat nyelt el a ráesõ fénybõl.
Az új megoldások egyikében fém- (ezüst) és magnézium-fluorid rétegeket építettek egymásra, majd lyukakat fúrtak ebbe a huszonegy rétegbõl álló szendvicsbe. Az anyagot halászhálónak nevezték el a kutatók. Ez a metaanyag az infavörös tartományban mutatott negatív törésmutatót. A kutatók bíznak abban, hogy a „halászháló finomabbra szövésével” ugyanezt az eredményt a látható fény tartományában is elérik. A másik megoldásnál egy oxid alaplapra porózus alumínium-oxid közegben ezüst nanodrótokat növesztettek egymástól nagyon kis távolságra, a drótok távolsága kisebb volt a látható fény hullámhosszánál. Ez a szerkezet a látható fény vörös tartományában térítette el a fényt.
Az új megoldásokra is igaz természetesen, hogy csak meghatározott, szûk hullámsávra érvényesen valósul meg a negatív törésmutató, tehát továbbra sincs lehetõség arra, hogy bármilyen színes tárgyat, netán egy embert rejtsenek el vele. A minden hullámhosszon hatékony metaanyag létrehozására még elképzelések sincsenek, könnyen lehet, hogy nem is valósítható meg.
Valentine, Jason et al.: Three Dimensional Optical Metamaterial Exhibiting Negative Refraction Index. Nature. 11 August 2008. (DOI: 101038/nature07247)
Yao, Jie et al.: Optical Negative Refraction in Bulk Metamaterials. Science. 15 August 2008. 321, 930, (DOI: 10126/science. 1157566)
J. L.
Férfi meddõségért felelõs gént azonosítottak
Mohamed Benahmed vezetésével lyoni kutatók (Faculté de Médecine Lyon-Sud) olyan gént találtak, amelynek bizonyos változata sokkal gyakrabban fordul elõ terméketlen férfiakban. A génvariáns az ún. tumor nekrózis faktor-alfa (TNF-) mennyiségét növeli, és gyakrabban fordul elõ olyan férfiakban, akikben alacsony a spermiumok száma, vagy mozgásuk nem elég gyors.
A kutatók feltételezése szerint a TNF- azáltal csökkenti a spermiumok számát, hogy megemeli egy olyan hormonnak a mennyiségét, amely csak akkor serkeni a spermatermelést, amikor annak mennyisége csökken. Ezen túl egy a hímivarsejteket károsító anyag termelését is elindítja.
Benahmedék szerint felismerésük új lehetõségeket teremt a férfi meddõség gyógyításában: a terméketlenség e típusait a TNF- hatását vagy termelését blokkoló gyógyszerekkel lehet majd kezelni.
Human Reproduction, DOI: 10.1093/humrep/den277
G. J.
Új remény a szívinfarktus megelõzésére
A Stanford Egyetem kutatói olyan fehérjét azonosítottak, amely szívroham esetén csökkenti a szívizomsérülés mértékét, és bypass mûtétek során is hasznos lehet.
A Dr. Daria Mochly-Rosen által vezetett csoport szerint az ún. aldehid-dehidrogenáz-2 (ALDH-2) enzim a patkányokat ellenállóbbá teszi az oxigénhiány okozta szívizompusztulással szemben.
„Bár az ALDH-2 egyébként régóta ismert enzim, csak annyit tudtunk róla, hogy szerepe van az alkohol lebontásában” – mondta Mochly-Rosen, aki munkatársaival olyan molekulát keresett, amely gátolja az ALDH lebomlását. Egy alda-1 nevû anyag olyan hatékonynak bizonyult, hogy az állatokban, amelyeknek a szívroham kiváltása elõtt adták be, 60 %-kal csökkentette az infarktus méretét. A kutatók feltételezése szerint az ALDH-2 mennyiségének fokozása azért védi a szívizmot a pusztulástól, mert megköti az oxigénhiány következtében keletkezõ agresszív szabad gyököket.
Amennyiben a jelenség emberben is létezik, Mochly-Rosenék szerint elvileg legalább kétféle gyakorlati alkalmazás képzelhetõ el: az egyik, hogy mivel a kelet-ázsiai népesség 40 %-a az ALDH-2 egy kevéssé aktív formáját hordozza, bennük érdemes lenne erõsíteni az enzim aktivitását az infarktus megelõzése érdekében. Másrészt a bypass mûtéteknél bekövetkezõ szívizom-katasztrófák kockázatát is mérsékelni lehetne ilyen kezeléssel.
Természetesen egy új humán gyógyszer kifejlesztéséhez még évekre van szükség.
Chen, Che-Hong –Budas, Grant R. –Churchill, Eric N. –Disatnik, Marie-Hélène –Hurley, Thomas D. – Mochly-Rosen, Daria: Activation of Aldehyde Dehydrogenase-2 Reduces Ischemic Damage to the Heart. Science. 2008. 09 .12. 321, 1493–1495. DOI: 10.1126/science.1158554
G. J.
Kávéscsészébõl is lehet vitorlás
Az agy sosem látja egyformán a dolgokat – állítja az MIT (Massachusetts Institute of Technology) kutatója, James DiCarlo. Amikor szeretteinkre vagy kutyánkra nézünk, az agy sosem állítja elõ róluk ugyanazt a mintázatot, mégis mindig felismerjük õket. Az agy ugyanarról a dologról rövid idõ alatt pillanatfelvételek tömkelegét készíti el, így, DiCarlo szerint, az idõben közeli ábrák ugyanannak a tárgy képének tûnnek.
A kutató kollégáival majmok tárgyfelismerését tanulmányozta. Elektródákat építettek a tárgyak felismeréséért felelõs agyterületre, majd megfigyelték, hogy vitorlás hajók látványa hogyan befolyásolja az ott lévõ idegsejtek aktivitását. Az állatok mindig jutalmat kaptak – valami finomságot -, amikor ránéztek a monitoron lévõ vitorlásokra. Egyszer-egyszer, amikor a majmok épp félrefordították tekintetüket, az egyik hajót teáscsészére és tányérra cserélték fel. Egy idõ után azonban a vitorlások felismeréséért felelõs idegsejtek a teáscsésze látványára is reagáltak.
James DiCarlo szerint az emberek is hasonló módon tanulják meg felismerni és rendszerezni a tárgyakat.
DiCarlo-ék távlati célja vizuális tanulási rendszerek létrehozására, illetve a komputeres látórendszerek javítására irányul.
Li, Nuo – DiCarlo, James J.: Unsupervised Natural Experience Rapidly Alters Invariant Object Representation in Visual Cortex. Science, 2008. 09. 12. 321, 1502–1507. DOI: 10.1126/science.1160028
G. J.
Jéki László – Gimes Júlia
<-- Vissza a 2008/10 szám tartalomjegyzékére
<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra
[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]