Magyar Tudomány, 2008/10 1286. o.

Kitekintés




Szuperatomok


Szuperatomokat, egyetlen atomként viselked különleges atomcsoportokat hoznak létre és vizsgálnak Hollandiában a delfti mszaki egyetemen. Megkezddött a szuperatom-kémia nagyon ígéretes korszaka.

Az els felfedezés Shiv N. Khanna (Virginia Commonwealth University) és A. Welford Castleman Jr. (Penn State University) nevéhez fzdik. 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 függen, 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 elbbinél mindössze egyetlen atommal nagyobb 14-es csoport, amely alkáli földfémre emlékeztetett. Különleges tulajdonságokat mutatott a 13-csoport, ha jódatomhoz kapcsolták. A csoporton több elektromos töltés 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 elrendezdésére és az elektronszerkezetre vezették vissza.

A szuperatomok elállításának jó módszerét a hollandiai Delft mszaki egyetemének kutatói dolgozták ki, Andreas Schmidt-Ott professzor vezetésével. Spirálisan feltekert ezüstdrótot hevítettek vákuumban mintegy 900 Celsius-fokra. Az olvadási ponthoz közeli hmérsékleten az ezüstatomok elpárologtak, ezüstköd, ezüstpára jelent meg, majd a ködfelh 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 ezekbl az atomcsoportokból. Arra számítanak, hogy e kristályok új, különleges mágneses, optikai és elektromos tulajdonságot mutatnak majd. Schmidt-Ott szerint sokféle, egyelre felfedezésre váró stabil szuperatom létezhet. Elssorban 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.



Fényeltérít metaanyagok


Három dimenzióban, látható fényben mköd „varázsköpenyt”, a tárgyakat láthatatlanná tev 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 jellemz tulajdonság (elektromos áteresztképesség (permittivitás) és mágneses áteresztképesség (permeabilitás)), amely pozitív és negatív értéket egyaránt felvehet, de nincs olyan anyag, amelyben mindkét mennyiség negatív érték lenne. Veselago azt elemezte, létrehozható-e és milyen tulajdonságokkal rendelkezne egy ilyen, a természetben nem létez 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 lev 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 jellemzkkel bíró metaanyagok paraméterei függenek az elektromágneses hullámok frekvenciájától, tehát a paraméterek értéke a frekvenciával együtt változik. A negatív elektromos, illetve mágneses jellemzk 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 ismétldésébl 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 bees elektromágneses hullám nem tudja megkülönböztetni az egyes elemeket, homogénnek látja a metaanyagot. Az egyik összetev az elektromos, a másik a mágneses tulajdonságért felel. Az építelemek parányi hurkok, vezetdarabok, ezeket helyezik el szabályosan ismétld rendben.

2006-ban készült el az els metaanyag eszköz, ez még nem három, hanem csak két dimenzióban mködött. Az els darab kis méret volt, átmérje kb. 10 cm. Az építelemek üvegszálas felületre szerelt rézkarikák és -drótok. A kísérletben egyértelmen megfigyelték, hogy a mikrohullámok tartományába es elektromágneses hullámok megkerülték a metaanyaggal körbevett objektumot, úgy, ahogy a folyó vize megkerül egy sima felület sziklát a mederben.

A két dimenzióban mikrohullámokra érzékeny metaanyag után most készült el a háromdimenziós, látható fényben mköd metaanyag. Két kutatócsoport dolgozott a megoldáson, mindkettt 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 rétegbl. Ez csak a megvalósíthatóság igazolására volt jó, semmiféle gyakorlati célra nem lehetett alkalmazni. Hátránya volt az is, hogy túl sokat nyelt el a ráes fénybl.

Az új megoldások egyikében fém- (ezüst) és magnézium-fluorid rétegeket építettek egymásra, majd lyukakat fúrtak ebbe a huszonegy rétegbl 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, szk hullámsávra érvényesen valósul meg a negatív törésmutató, tehát továbbra sincs lehetség 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 meddségért felels gént azonosítottak


Mohamed Benahmed vezetésével lyoni kutatók (Faculté de Médecine Lyon-Sud) olyan gént találtak, amelynek bizonyos változata sokkal gyakrabban fordul el terméketlen férfiakban. A génvariáns az ún. tumor nekrózis faktor-alfa (TNF-) mennyiségét növeli, és gyakrabban fordul el 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 lehetségeket teremt a férfi meddség 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 megelzésére


A Stanford Egyetem kutatói olyan fehérjét azonosítottak, amely szívroham esetén csökkenti a szívizomsérülés mértékét, és bypass mtétek 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 nev anyag olyan hatékonynak bizonyult, hogy az állatokban, amelyeknek a szívroham kiváltása eltt 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 keletkez agresszív szabad gyököket.

Amennyiben a jelenség emberben is létezik, Mochly-Rosenék szerint elvileg legalább kétféle gyakorlati alkalmazás képzelhet el: az egyik, hogy mivel a kelet-ázsiai népesség 40 %-a az ALDH-2 egy kevéssé aktív formáját hordozza, bennük érdemes lenne ersíteni az enzim aktivitását az infarktus megelzése érdekében. Másrészt a bypass mtéteknél bekövetkez 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.



Kávéscsészébl 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 el róluk ugyanazt a mintázatot, mégis mindig felismerjük ket. Az agy ugyanarról a dologról rövid id alatt pillanatfelvételek tömkelegét készíti el, így, DiCarlo szerint, az idben közeli ábrák ugyanannak a tárgy képének tnnek.

A kutató kollégáival majmok tárgyfelismerését tanulmányozta. Elektródákat építettek a tárgyak felismeréséért felels agyterületre, majd megfigyelték, hogy vitorlás hajók látványa hogyan befolyásolja az ott lév idegsejtek aktivitását. Az állatok mindig jutalmat kaptak – valami finomságot -, amikor ránéztek a monitoron lév vitorlásokra. Egyszer-egyszer, amikor a majmok épp félrefordították tekintetüket, az egyik hajót teáscsészére és tányérra cserélték fel. Egy id után azonban a vitorlások felismeréséért felels 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.]