Az ELTE oktatója a Science folyóiratban

Szalai István, az ELTE TTK adjunktusa egy kémiai témájú cikk társszerzője a Science-ben, a világ egyik legnagyobb tudományos lapjában.

A Science folyóirat 2009. május 8-án megjelent számában az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) Kémia Intézete (KI) Nemlineáris Kémiai Dinamika Laboratóriumának (NKDL) és a Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)Center de Recherche Paul Pascal (CRPP) kutatási együttműködésének eredményeit bemutató közlemény jelent meg.
 
A kutatócsoportok közös munkája több évtizedes múltra tekint vissza. Ebben a témában az együttműködés 2002-ben kezdődött, amikor Szalai István Marie Curie ösztöndíjasként dolgozott Patrick De Kepper laboratóriumában. A közös munka az ösztöndíj lejárta után is folytatódott, aminek eredményeként számos közös dolgozatot publikáltak az ún. reakció-diffúzió mintázatok és nemlineáris kemomechanikai rendszerek előállításával kapcsolatban.
 
Horváth Judit, Szalai István és Patrick De Kepper stacionárius reakció-diffúzió mintázatok homogén oldatfázisú kémiai reakciókban történő előállítását vizsgálták. Ilyen mintázatok létezését 1951-ben megjelent cikkében Alain Turing matematikus vetette fel. Az első kísérleti bizonyítékot a "Turing-mintázatok" létezésére az 1990-es évek elején a Bordeaux-i kutatócsoport szolgáltatta.

A kezdeti sikerek ellenére az elmúlt 15-20 évben nem sikerült további kémiai rendszerekben is ezeket a mintázatokat előállítani, holott több száz változattal rendelkező tucatnyi reakciócsalád ismert (oszcilláló reakciók), amelyek teljesítik a kívánt kinetikai feltételeket. Ennek fő oka, hogy nem volt olyan tervező módszer a kutatók kezében, amelynek segítségével szisztematikusan állíthatók elő a Turing-mintázatok.

Lentről felfelé haladó kémiai hullám

A francia-magyar együttműködés során végzett kutatásokban számos reakció-diffúzió rendszert vizsgáltak a kutatók különböző geometriájú nyitott gélreaktorban. Ennek eredményeként a következő fő lépésekből álló tervező módszerre tettek javaslatot:

I. a térbeli bistabilitás tartományának megkeresése a kiválasztott autokatalitikus reakció-diffúzió rendszerben;
II. negatív  visszacsatolás létrehozása egy újabb reakció beindításával, aminek eredményeként térbeli oszcilláció (hullámok) jöhet létre (fontos, hogy a negatív visszacsatolás erősségét egy olyan species betáplálási koncentrációjával szabályozzák, amelynek mozgékonyságát a későbbiekben hozzáadott makromolekuláris komplexképző nem befolyásolja);
III. a rendszer nemegyensúlyi fázisdiagramjának feltérképezése, megfelelően tervezett nyitott reaktorok segítségével;
IV. olyan makromolekuláris komplexképző keresése, amelynek segítségével az autokatalitikus részecskére jellemző távolságskála (a látszólagos diffúziójának sebessége) jelentősen csökkenthető (fontos figyelembe venni, hogy a makromolekuláris komplexképző hozzáadásával az autokatalitikus species gélbe való betáplálásának sebessége is csökken);
V. a fázisdiagram kereszteződési pontjának közelében, ahol az oszcilláció és a bistabiltás paraméter-tartománya találkozik, makromolekuláris komplexképző jelenlétében, stacionárius mintázatok keresése.

Jellegzetes stacionárius Turing-mintázat

A módszer segítségével hexagonális elrendeződésű pontokból illetve csíkokból álló Turing-mintázatokat hoztak létre a jodátion-szulfition-tiokarbamid reakció-diffúzió rendszerben, nátrium-poli(akrilát) hozzáadásával. Ez a második homogén, oldatfázisú rendszer, amelyben ez a jelenség kísérletekben is megfigyelhető.