Ormos Pál biofizikus és Galajda Péter PhD hallgató a lézercsipesz (lásd külön írásunkat) használatakor vették észre, hogy a fénnyel megragadott mikroszkopikus méretű tárgyak egy része pörögni kezd. Mivel a forgás természete érdekes témának ígérkezett, egy ideje behatóbban tanulmányozzák a jelenséget; ennek eredményeképp ma már tudatosan terveznek olyan testeket, amelyeket a lézerfény megpörget. Az általuk gyártott pörgettyűk, propellerek és fogaskerekek híre nemrég a nemzetközi sajtóban is nagy visszhangot keltett, a szegedi hírekkel kapcsolatban például az idén februárban a Science című amerikai tudományos folyóirat hasábjain jelent meg szerkesztői vélemény.
TETSZŐLEGES MINTÁZATOK. A szegedi laborokban kiderült, hogy a lézer úgy képes meghajtani bizonyos formájú testeket, mint ahogyan a szél a szélmalmot, ezt a jelenséget pedig miniatűr gépek készítésében próbálják kihasználni. A szegedi biofizikusok fényre keményedő gyantából gyártják a nanogépeket. (Ezeket általában ragasztónak, vagy orvosi segédanyagnak használják, többek között ilyen anyag szolgál az UV-fénnyel keményített fogtömések alapjául is). A megvilágított folyékony anyagban a fókusz helyén lokális polimerizáció zajlik le, vagyis a ragasztó megszilárdul; a fókusz helyének változtatásával pedig tetszőleges alakú mintázatokat, háromdimenziós alakzatokat lehet kifaragni a folyékony közegből. A gyártás során valójában nem a lézerfény fókuszát mozgatják, hanem az alatta lévő közeget. Ezt egy finoman szabályozható elektromos tartólap teszi lehetővé, amely a kutatók kívánságának megfelelően vezethető.
A nanogépek pontos tervezés eredményei. A kutatók a tartólap mozgatásához szükséges paramétereket úgy adják meg, hogy a leghatékonyabban mozgó forgó testeket állíthassák elő. Így eleinte egyszerűbb szerkezeteket, később azonban bonyolultabb formákat, például tengelyre erősített fogaskerekeket is képesek kifaragni a folyékony masszából. Ezt például úgy készítik, hogy egy szilárd felületre rögzített tengely köré “rajzolják be” a lézernyalábbal a fogaskereket, amely aztán onnan nem eshet le.
A lézercsipeszA fény mint elektromágneses sugárzás, részecskékből áll; az áramló fotonok pedig, amennyiben valamilyen testnek ütköznek, arra nyomást fejtenek ki. A megfelelően fókuszált lézernyaláb így képes arra, hogy bizonyos, a fókusz méretének megfelelő nagyságú objektumokat egy helyben tartson. A szándékosan e célra fejlesztett eszköz, a lézercsipesz és a hozzá tartozó mikroszkóp ezért rendkívüli finomságú manipulációkra alkalmas: úgy lehet vele testeket megragadni, hogy azokhoz a fényen kívül semmi sem ér hozzá. A Szegedi Biológiai Központban két évvel ezelőtt vásárolt lézercsipeszt biológiai anyagok vizsgálatára vetették be: sejtalkotókat ragadtak meg velük, és azokat mozgatták a sejten belül, amikor észrevették, hogy a megcsípett anyagok nagy része forogni kezd a fókuszban. “Ez a forgás keltette fel a figyelmünket, meg akartuk érteni a lényegét, később pedig megpróbáltuk kontrollálni és kihasználni” – meséli Ormos Pál.
A lézercsipesz ideális eszköz a sejtek közötti összetartó erő tanulmányozására. A szervek kialakulásakor, az idegrendszer vagy éppen a tumorok fejlődése közben a sejtek egymáshoz tapadása kulcskérdés; a szegedi központban éppenséggel az idegsejteket összeláncoló kölcsönhatásokat vizsgálják a lézercsipesszel. A sejteket összetapasztó molekulákat enzimekkel bontják, és elemzik az így előállt változások mértékét, mindezekből pedig a különböző molekulák szerepére következtetnek.
A fénycsipesz másik fontos alkalmazása az örökítőanyag, a DNS- molekula mechanikai tulajdonságainak mérése lehet. A kutatók megpróbálják megmérni a spirál rugalmasságát jellemző állandóakat; a DNS két végét mikroszkópos méretű gyöngyszemhez erősítik, ezeket megragadják a csipesszel, a láncot pedig megnyújtják. Az ehhez szükséges erőből próbálják kiszámolni az eddig még senki által meg nem mért adatokat. Szintén ide tartozik a DNS kettős spirál szétnyitását, “kicipzárazását” végző enzimek működésének vizsgálata. A csipesszel tartott DNS-lánc tengelye mentén végigfutó és a spirált kitekerő enzimet a mikroszkóp alatt tanulmányoznák.
Néhány centiliter oldatból több ezer darab nanogép készíthető – filléres költséggel. A megszilárdult ragasztót acetonnal oldják ki a folyékony közegből, majd az acetonban vagy vízben úszkáló mütyürt megpörgetik a lézercsipesszel.
Mire lehet jó egy ilyen nanoszerkezet? Mivel méretük néhány száz mikron mindössze, vagyis a milliméter nagyjából ezredrésze, kisebbek, mint egy átlagos sejt. Egy ilyen eszköz ezért alkalmas arra, hogy a sejteket manipulálni lehessen velük: például kifúrhatják velük a sejthártyát. Ormos Pál és Galajda Péter szerint azonban a mérettel járó kedvező tulajdonságokat az úgynevezett lab-on-a-chip technológiában lehetne leginkább kihasználni. Ez miniatürizált laboratóriumot jelent, olyan mikroszkopikus méretű berendezést, amely ugyanarra képes, mint sokszor szobányi méretű társai, itt azonban az oldatok csövek helyett a hajszálnál is sokkal vékonyabb csatornákon folydogálnak, a reakciók pedig lombikok helyett mikroszkópos üregekben zajlanak. Értelemszerűen a felhasznált anyagok mennyisége is rendkívül csekély, és mindez – azonkívül, hogy olcsó -, gyors és nagy pontosságú méréseket tenne lehetővé. A szegedi kutatók úgy gondolják, piciny motorjaik ilyen csipek pumpáihoz szolgáltathatnának hajtóerőt; a lézerfényt mikrodiódákon és optikai szálakon vezetnék a kívánt helyre.
AUTONÓM MÓDON. Kézenfekvőnek tűnik az a lehetőség is, hogy a nanomotorokkal hajtott szerkezeteket az emberi szervezetbe juttassák, ahol például valamilyen hatóanyag ürülését szabályozhatnák, vagy egyfajta takarító munkát végezhetnének. A fénynyomásnak nevezett jelenség azonban, amely praktikus lehet a laborcsip esetében, nem az a fénytől elzárt helyeken. Egy vérérben nem lehetséges világítani, ezért itt a mikromotorok más energiát igényelnek. Ormos Pálék így most nanoméretű villanymotoron gondolkodnak, ez már teljesen autonóm módon működne. Galajda Péter elmondta: tervezik, hogy a nanogépek gyártási technológiájára és meghajtásukra vonatkozó ismereteket szabadalmakkal védik le.
