Óriási lépések a nanovilágban

Új típusú, nagyon érzékeny, nanoméretű biológiai szenzort alkottak az amerikai Yale Egyetem kutatói, mellyel élő sejtek immunreakcióját, T-limfociták megjelenését érzékelték mindössze 10 másodpercen belül. Az újdonság a szenzor gyorsaságában és előállítási módjában rejlik, ráadásul az új eszköz könnyen bekapcsolható a jelfeldolgozó információs rendszerekbe. Összeállításunkban beszámolunk nanokerekek megforgatásáról és a nanotechnológia lehetséges egészség- és környezetkárosító hatásairól is.

Először sikerült megfigyeléssel igazolni egy nanokerék megpördülését - közölték német és francia kutatók a Nature Nanotechnology c. folyóirat februári számában megjelenő, előzetesen online közzétett tanulmányukban.

Ha nano-, akkor tehát a kerék mérete a méter milliárdod részének mérettartományba esik, vagyis a megforgatásához különleges eszközre volt szükség. Ez a pásztázó alagútmikroszkóp. Természetesen a jelenséget nem közvetlenül észlelték, műszeres mérések igazolták az elfordulást.

A pásztázó alagútmikroszkóp lelke egy rendkívül hegyes csúcs, amelyet a leképzendő felület felett mozgatnak. Egy elektromos szonda a műszer csúcsa és a felület közt folyó gyenge elektromos áramot érzékeli, az áram változásából rajzolódik ki a felület képe (az eszköz működése a kvantummechanikai alagútjelenségen alapszik). A pásztázó elektronmikroszkóppal kb. 0,2 nanométeres felbontással feltérképezhető a felületek atomszerkezete. A tű hegye és a felületi atomok közti kölcsönhatást kihasználva a berendezés egyes atomok mozgatására, áthelyezésére, kémiai reakciók megindítására, atomok és molekulák elektronállapotának megváltoztatására is alkalmazható.

Sík felületen már többféle atomot mozgattak, egyik helyről a másikra tolták át azokat. Az Ohio Egyetemen nemrég durva felületen is mozgattak atomokat, tehát a mozgatás már három dimenzióban zajlott. Az egyetem kutatói a Physical Review Letters c. szaklapban ezüstatomok manipulálását írták le. A pásztázó elektronmikroszkóp tűjének a hegyét ezüsttel vonták be, majd ezüstatomokat raktak halomba egy ezüstfelületen. A mikroszkóppal háromdimenziós felvételt készítettek a kis ezüstkupacról, és kiválasztották azt a pontot, ahonnan leemelhetőnek tűnt egy atom. Ezután a tűvel megközelítették, de nem érintették meg a kiszemelt atomot. Amikor már a nanométer tizedénél is közelebb volt a tű hegye az atomhoz, akkor ez az atom levált a halomról, és engedelmesen követte a tű mozgását, ahogy az a halomtól a sima felületre vezette.

A tapasztalatok szerint a tű hegye és a célba vett atom közti távolságtól függően háromféle kölcsönhatás alakul ki: nagyobb távolságnál vonzó elektrosztatikus erők, közepes távolságnál vonzó kémiai erők, a legkisebb távolságnál viszont már taszító erők lépnek fel. A kölcsönhatás részleteit a berlini Freie Universität kutatói tárták fel L. Grill vezetésével.

A berlini egyetemen egy négylábú molekulát alkottak meg, majd a molekula törzséhez csatlakozó lábakat pásztázó alagútmikroszkóppal mozgatták (alsó ábra). A lábakat hol párhuzamos, hol keresztezett állásba hozták. A mozgatás nem tett kárt sem a molekulában, sem a tűhegyben, mert csak vonzó erőket vetettek be. A molekula nagyon pontosan reagált a hatásokra, a tervezett lépéseket 99%-nál is sikeresebb arányban hajtották végre.

Az eredmény jelentősége, hogy a nanoszerkezetek, molekuláris gépezetek építői egy újabb építőelemmel számolhatnak összetettebb rendszerek tervezésénél.