A tankönyvi fizikával dacoló önszerveződés?<br/>

A Pennsylvania Egyetem fizikusai anyagok egy új osztályát fedezték fel: apró, baktérium méretű műanyag gyöngyöcskék a szappanhártyához hasonló membránon önmaguktól lapos, kétdimenziós krisztallitokba szerveződnek.

Laurence Ramos és munkatársai eközben meglepő jelenségre figyeltek fel: úgy látszott, a folyamat fittyet hány az elektrosztatika egyik legelemibb törvényének, miszerint az ellentétes töltésű testek vonzzák egymást.
A membránok és az apró műanyag gyöngyök tulajdonságait külön-külön már elég alaposan tanulmányozták korábban is, de semmiféle jel nem mutatta előre, hogy szabályosan rendezett mikroszerkezet alakul ki a kettő egyesítéséből. "Ezek a mikrorácsok az élőlények által előállított különféle természetes anyagok figyelemreméltó rendezettségét mutatják, ellenőrzött és irányított előállításuk pedig a természetes folyamatok többé-kevésbé hű utánzata" - mondta Philip Nelson, az egyetem fizikaprofesszora.

Az anyag egyik eleme egy vízbe helyezett vékony, pozitív töltésű, szappanhártyaszerű membrán. Ez ideiglenes sablonként szolgál, amelyen a vízben lebegő negatív töltésű műanyag gyöngyöcskék megtelepedhetnek, és addig helyezkedhetnek, amíg a szerkezet teljesen kiépül. A kutatók többször is megfigyelték, hogy a hártya csak néhány tucatnyi műanyag gyöngyöcskét vonzott magához, majd az összes többit eltaszította. "Eleinte némi fejtörést okozott, miért váltott át a membrán vonzásból taszításba, látszólag fittyet hányva a fizikai törvényeinek"- mesélte Nelson. A rejtély kulcsa abban rejlik, hogy az egész folyamat vizes közegben megy végbe, ahol mind a membránt, mind az apró gyöngyöcskéket láthatatlan ionfelhő veszi körül. A kísérlet során ezek az ionok spontán módon úgy rendeződnek, hogy a membrán gyöngyökkel még nem fedett részeinél annyi negatív ion gyűlik össze, hogy töltésük meghaladja a hártyán ott lévő pozitív töltést, s így láthatatlan, negatív "védőernyőt" hoznak létre a membrán fölött. Ez - a hártya kémiai összetételétől függő mértékben - korlátozza a membránon megtapadó műanyag gyöngyöcskék számát, ami a jelek szerint döntő fontosságú a végső "kristályszerkezet" kialakulásában.
Apró szemcséknek membránokon megvalósuló önszerveződése olyan új technológiai eljárás, amely utat nyithat a DNS- és fehérje-chipek vagy újfajta ipari katalizátorok kifejlesztéséhez. Az önszerveződés alapfolyamatainak megértése a későbbiekben segíthet mikroszerkezeti anyagok, például különféle bioérzékelők, gyógyszerhordozók és a környezeti változásokra válaszoló "okos" anyagok előállításában.

(ÉT)

Ajánló:

A Pennsylvania Egyetem fizikaprofesszorának honlapján számos érdekes kutatásról olvashatunk, köztük a cikkben szereplő membránokról is, amely pdf-formátumban