Az alkalmazott tudományok számos területét egyesítő ágban világszerte dinamikus fejlődés tapasztalható. Valamivel több mint egy éve Magyarországon is megalapították az első nanotechnológiai kutatóintézetet, ahol többek között egy világszabadalom, illetve egy forradalmi rákgyógyszer kifejlesztésén dolgoznak. Jelentés a magyar nanotechnológia "frontvonalából".
"A Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Nanotechnológiai Kutatóintézete (BAY-NANO) egy orosz-magyar kormányközi megállapodás részeként jöhetett létre" - avat be a kezdet részleteibe dr. Kaptay György igazgató. "Az intézmény helyszíneként Miskolcot jelölték ki, amely egyrészről a térségfejlesztés szempontjából is előnyös volt, másrészt illeszkedik abba a koncepcióba, hogy Miskolc térségében egy metrológiai - anyagtudományi - központ létesülhessen. Az intézetet 2007 szeptember 18-án Kóka János gazdasági miniszter és Káli Sándor, Miskolc polgármestere avatták fel. Az építkezés időszakában az intézet dolgozói már megkezdték a kutatásokat saját egyetemi tanszékeiken, illetve más kutatóintézetekben, azonban ma már itt a helyszínen végezhetjük a vizsgálatokat."
A kormányközi tárgyalás során az orosz fél egy listát adott át a magyaroknak azokról a területekről, amelyeken jelentős eredményeket értek el. A magyar állam innen kiválasztott négyet, amelyekről úgy gondolták, hogy sikereihez hazánk is hatékony fejlesztésekkel és kutatásokkal járulhat hozzá.
A nanotechnológia alapeszméje: nanoléptékben dolgozni és nanoléptékben ellenőrizni. Valójában a különböző tudományágak - (félvezető-)fizika, szupramolekuláris és kolloid-kémia és a méréstechnika - szoros összefonódásáról beszélhetünk.
"A BAY-NANO jelenleg négy nagyobb projekttel foglalkozik, ez négy különálló munkacsoportot jelent. Ezek a nano-kompozit, a nano-diszperziós, a nano-alakítási és a nano-metrológiai projektek, kiegészülve a nano-medicinával" - magyarázta dr. Pungor András, a nano-metrológiai osztály vezetője, akit a Utah University biomérnöki karáról hívtak haza. Ottani kutatási területe az emberi agy és a számítógép összekapcsolása volt.
A dr. Kaptay által vezetett nano-kompozit osztály karbon nanoporok és nanocsövek előállításával foglalkozik. Ez utóbbiak iránt a nyolcvanas évek végén élénkült fel a tudományos érdeklődés, a szénmolekulákból előállított "focilabda", a "buckyball" kapcsán. Manapság a karbon-nanocsövek számos fejlesztés alapköveit képezik, a BAY-NANO-ban pedig ezeknek az építőelemeknek egy újfajta előállítási módján dolgoznak.
"A hétköznapi konyhasóból 800 Celsius-fokon olvadék készül, amelybe egy grafitdarabot helyezünk" - magyarázta a szakember. "Ha ezen áramot vezetünk keresztül, természetesen kontrollált körülmények között, akkor 10 nanométer átmérőjű, 10 mikron hosszúságú csövek keletkeznek, amelyeknek a fala összetekeredett grafitcsíkokból áll."
Kínos gondok végbéltájékon: mennyit tudunk róluk?
Hotel Caramell Premium Resort****superior nyereményjáték
Az így nyert nanocsöveket speciális, úgynevezett "nano-alumínium" előállítására szeretnék felhasználni. Hagyományos alumíniumba ültetve ezeket ugyanis a létrejövő kompozitnak javulnak a hő- és elektromos vezetési képességei, illetve mechanikai tulajdonságai is.
"Hétköznapi nyelvre lefordítva például az autógyárak számára lehet jó egy ilyen könnyű, de roppant szilárd anyag" - fejtette ki Kaptay György. "Főleg a mai időkben, amikor a környezetbarát technológiák felhasználása elsődleges fontosságú. Gondoljunk csak bele: egy mai egy-másfél tonnás autóba körülbelül 900 kilogramm acélt építenek be. Ezt a tömeget kell mozgatnia az üzemanyaggal működő motornak. Egy nano-alumíniumból készült autónál azonban már akár az is fontos lehet, hogy hány kilót nyom a sofőr, aki vezeti. Félreértés ne essék, a könnyű autó nem egyenlő a jó autóval, utóbbinak ugyanis megfelelően szilárdnak is kell lennie."
Ha a BAY-NANO munkacsoportja sikeresen előállítja a nano-alumíniumot, a segítségével kiválthatóak lennének a nagy és nehéz acélpanelek, amelyeket az autógyártásban alkalmaznak. Jelen pillanatban sehol a világon nem tudnak ilyesmit készíteni, ezért ha sikerül a megfelelő stabilitást és szilárdságot elérni, a miskolci intézet világszabadalommal állhat elő.
"Jelen pillanatban ott tartunk, hogy írásba mertem adni: 2009-re a kezünkben lesz az anyag, potenciálisan piacképes formában" - fejtette ki az intézetigazgató. "Egyelőre az a baj, hogy, mivel nem létezik ez az alumínium-mátrix kompozit, nem ismerjük a pontos tulajdonságait sem. Léteznek persze elméleti modelljeink, de gyakorlatilag még nincsenek róla pontosabb ismereteink. Ha ezek meglesznek, tudni fogjuk, hogy a gyártóknak érdekében állhat-e ilyen anyagokkal dolgozni, ám az előzetes sejtéseink alapján ez a kompozit pontosan ilyen célokra lehet majd jó."
Antibakteriális sebtapasz, testbarát titán
A dr. Kiricsi Imre által vezetett nano-diszperziós osztály legfőbb területe a kolloid-kémia, vagyis a szilárd szemcséket tartalmazó vizes oldatok kémiája. Itt az oldatokat különböző vegyi és szonokémiai eljárásokkal kezelik - utóbbi során hanghullámok energiáját felhasználva igyekeznek nanoméretű porszemcsékre szétbontani az anyagokat.
A különböző fémes, félvezető és szigetelő típusú anyagokkal dolgozva különböző iparágakban felhasználható nanovegyületeket lehet előállítani. Az ilyen módon előállított nanoezüst bevonatot például már ma is alkalmazzák mosógépek és hűtőszekrények antibakteriális bevonataként. Az ezüstionokat tartalmazó oldatokból szonokémiai eljárással előállított nanoméretű ezüstszemcsék felülete ugyanis a szemcsemérettel fordítottan arányos; minél kisebbek tehát a részecskék, annál jelentősebb a baktériumölő hatásuk.
"A háztartási eszközök mellett azonban a sebtapasztól kezdve a zoknibélésen át egészen a katonák sivatagi ruhájáig terjedhetnek a felhasználási lehetőségek" - tette hozzá Kaptay György.
A másik fontos terület a nanoelektronikával, nanohuzalok előállításával foglalkozik. A nanoméretű chipekhez ugyanis nem lehet hagyományos, jóval vaskosabb vezetékeken át eljuttatni az elektromosságot. Erre a célra nanohuzalra van szükség, amelyet speciális módszerrel, tintasugaras nyomtatóval szeretnének létrehozni. A tintában elhelyezett nanoméretű, elektromosan vezető szemcsék segítségével lehetséges áramkört nyomtatni, ha a nyomtató képes egy szemcse átmérőjének megfelelő méretű csíkot húzni. Ezzel a nanochipek mellett akár pénzhamisítás elleni azonosítókat is létre lehetne hozni.
A nanoalakítással foglalkozó osztályon úgynevezett nanoszerkezetű fémtömbök előállítása a cél. A hagyományos fémgyártás során kialakul a fémek szemcsemérete. Ez átlagosan 10 mikrométer, s ez biztosítja azokat a tulajdonságokat, amelyek meghatározzák, hogy egy adott fémet mire lehet használni.
"Vegyük példaként az implantátumokat" - fejtette ki az igazgató. "A fémek között kevés olyat találni, amely biokompatibilis, azaz a test könnyen asszimilálja, kicsi a kilökődés veszélye. Önmagában a titán megfelel ennek, azonban a mechanikai tulajdonságai nem túl jók, elég gyengék. Persze különböző adalékok hozzáadásával lehetséges szuperötvözet létrehozása, ez azonban már nem biokompatibilis. Olyan vegytiszta titánból készült implantátumok előállítása a célunk, amelynek a teherbíró képessége jobb, mint a 'hagyományos' titáné. Ezt az ezüstrészecskékhez hasonlóan a szemcseméret csökkentésével lehet elérni."
Ahhoz, hogy a szemcseméretet csökkenteni lehessen, a 10 mikron méretű szemcséket szó szerint össze kell zúzni, hogy 100 nanométeres, vagy még kisebb részecskék jöhessenek létre. Az ilyen módon előállított nanotitán mechanikai tulajdonságai jelentősen javulnak, nem beszélve arról, hogy a legtöbb implantátumot bizonyos időközönként cserélni kell, ez pedig hosszas procedúrát igényel a beteg és az orvos részéről egyaránt.
"Ez egészségügyi szempontból sem elvetendő, ugyanis nem mindegy, hogy mikor kerülnek be az implantátumok, öt évente mennyit kell költeni a biztosításra, illetve, hogy az adott munkaerő mennyi ideig esik ki az állásából" - magyarázta Kaptay György. "Remélhetőleg a módszerben a magánbiztosítók is látnak majd fantáziát, így ugyanis, hogy csúnyán fogalmazzunk 'jobb befektetés' válik a klienseikből."
A tudomány mai állása szerint ilyen nanotitánt már elő lehet állítani, ám csak kis mennyiségben és laboratóriumban. A BAY-NANO célja, hogy az iparban folyamatosan működtethető gyártási technológiát dolgozzanak ki a már ismert anyagra.
Forradalmi rákgyógyszer és a magyar összkép
Ennél is kézzelfoghatóbb területtel foglalkozik a dr. Szebeni János által irányított nanomedicina osztály. Itt jelenleg a doxorubicin nevű rákellenes szer felhasználásával kísérleteznek. Jelenleg az igen magas százalékban jelentkező petefészek- és méhnyakrák ellen lenne szükség erre a szerre, ám a szájon át bevett gyógyszer jelentős része veszendőbe megy, mire eljut a rendeltetési helyére. Ennél is lényegesebb, hogy mellékhatásaként halált is okozhat.
"Nagyon fontos, hogy megjegyezzem: mi nem új gyógyszert fejlesztünk" - hangsúlyozta az igazgató. "Egy olyan, liposzómának nevezett nano-csomagolóanyagon dolgozunk, amelyben elhelyezzük a gyógyszermolekulákat. A liposzómák úgy vannak kialakítva, hogy oda hatoljanak be és tapadjanak meg, ahol szükség van rájuk, s ott fejtsék ki a hatásukat, lokáilsan. Ehhez azt használjuk ki, hogy a rákos sejtek áteresztőképessége (permeabilitása) jóval nagyobb, mint az egészséges sejteké. A liposzóma tehát ez utóbbiakon nem tapad meg, csak a beteg sejteken rögzülnek. Ehhez természetesen jóval kisebb mennyiségű hatóanyagra van szükség, így a kockázatokat is csökkenthetjük."
Jelenleg a gyógyszer igen drága a fejlesztő gyógyszercég monopóliuma és szabadalma miatt. Ám ha a szabadalom lejár, lehetséges lesz úgynevezett generikus formában előállítani a gyógyszert, így egy magyar gyártónak megérheti az új technológia alkalmazása, nem beszélve a betegekről, akik így jóval olcsóbban juthatnak hozzá a szerhez.
A nanometrológiai osztály külön ágat képvisel, itt ugyanis olyan eszközöket fejlesztenek, amelyek segítségével megjeleníthetőek lesznek a nanoméretű anyagok.
"A célunk az, hogy "lássuk a nanót"" - magyarázta dr. Pungor András osztályvezető. "Ez a legegyszerűbb célunk, de nemcsak az intézet kutatóinak szeretnénk szolgáltatást nyújtani, hanem szeretnénk, ha önerőből tudnánk ilyen eszközöket létrehozni, amelyek akár más iparágak számára is érdekesek lehetnek."
"Nem titkolt célunk, hogy referencialaboratórium is legyünk" - tette hozzá dr. Kaptay György. "Szeretnénk, ha az intézet aktívan beléphetne a nanométer felbontású mérőeszközök fejlesztésének piacára is, amely rögtön ötödik kutatási területünkké válhatna. Ehhez szükséges a megfelelő eszközpark fejlesztése, de tagadhatatlanul üzletképes területről beszélünk. Ha a régióban megtelepednének olyan gyárak, amelyeknek szüksége lehet a technológiára, akkor megindulhat a bevizsgálás, s akár önállóan is nyújthatnánk ilyen szolgáltatásokat. A Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal segítségével jelenleg több mint félmilliárd forint áll a rendelkezésünkre."
Ez is érdekelheti
"Gyakorlatilag szinte megszámlálhatatlan azoknak a száma, akik nanotechnológiával foglalkoznak, ugyanis minden olyan kutatóintézet, amely biológiával, fizikával, kémiával vagy anyagtudománnyal foglalkozik, felismerte, hogy az európai projektekben abszolút preferenciát élvez a nanotudomány" - foglalta össze a magyarországi nanohelyzetet dr. Kaptay György. "Az erőforrások azonban koncentráltan leginkább itt nálunk állnak rendelkezésre. Fontos lenne ezen a területen az összefogás, ezért szeretnénk rövidesen megalapítani a Magyar Nanotechnológiai Egyesületet. Nem célünk, hogy Miskolcon tömörüljön az összes ilyen kutatás, ésszerűsíteni szeretnénk, hogy ne legyen gond a működtetéssel, s megfelelően lehessen koordinálni a kutatási témákat és a kutatók munkáját egyaránt."
