Magyar Tudomány, 2008/06 770. o.

Kitekintés



Új magashőmérsékletű szupravezető család


Új szupravezető anyagcsaládot fedeztek fel japán és kínai kutatók. Az első magas hőmérsékleten szupravezető anyag 1986-ban történt felfedezése óta ez az első nagy áttörés. J. Georg Bednorz és Karl Alexander Müller 1986. szeptemberben jelentette be, hogy lantán-bárium-réz-oxid kerámia anyaguk 35 kelvinen (-238 °C) szupravezetőként viselkedik. A mai 138 kelvines csúcsot tartó anyag talliummal adagolt higany-bárium-kalcium-réz-oxid, 1993-ban állították elő először. A korábbi magas hőmérsékletű szupravezető anyagok mindegyikében van réz-oxid; az újakban nincs.

Február 27-én publikálta Hosono Hideo (Tokiói Műegyetem) és kutatócsoportja, hogy lantán-oxigén-fluor-vas-arzenid anyaguk 26 kelvinen szupravezető (Journal of the American Chemical Society). A hőmérséklet lényegesen alacsonyabb a más anyagokkal elért csúcsoknál, de az anyag összetétele alapvetően eltér a korábbiaktól. A kínai Hefei egyetemén dolgozó Csen (Chen) X. H. és munkatársai március 25-én 43 kelvinen értek el szupravezetést oxigén-fluor-vas-arzenid anyaggal. Három nappal később már 52 kelvin volt a csúcs, prazeodímium-oxigén-fluor-vas-arzenid vegyülettel, majd április 13-ára kimutatták, hogy ez a kristály 55 kelvinen lesz szupravezető, ha nyomás alatt növesztik. A csúcsjavítás, az új anyagok keresése folytatódik. A kutatókat közben az foglalkoztatja, hogy az új anyagcsaládban ugyanazok a fizikai folyamatok hozzák-e létre a szupravezetést, mint a réz-oxidos anyagokban, vagy valami más. A két anyagcsalád jelentős hasonlóságot, de fontos különbségeket is mutat. A korábbi anyagok réz- és oxigénrétegeinek az újaknál a vas- és arzénrétegek felelnek meg. A szerkezet tehát hasonló, de a régi anyagokban a rézion egyetlen elektronja vándorolt, az újakban minden vasion két elektront ad. A régi és az új anyagok egyaránt rossz elektromos vezetők, mielőtt szupravezetővé válnának, mindkét anyagcsalád tagjai azonos mágneses tulajdonságokat mutatnak: antiferromágnesesek. Ha az derül ki, hogy az új anyagokban más mechanizmus rejtőzik a szupravezetés mögött, akkor jó esély adódhat arra, hogy megszülessen a magashőmérsékletű szupravezetés máig hiányzó elméleti magyarázata.

Cho, Adrian: Second Family of High-Temperature Superconductors Discovered. ScienceNOW Daily News, 17 April 2008.

J. L.




Öngyógyító gumi


Öngyógyító gumit alkottak francia vegyészek: a kettészakadt gumi széleit összeillesztve a darabok ismét összeforrnak egymással. A sikeres laboratóriumi kísérleteket követően megkezdődött a fejlesztés, a tudóscsoportot vezető Ludwik Leibler először könnyen javítható játékokat készítene az új anyagból.

A hagyományos gumi úgy viselkedik, mintha egyetlen folytonos és rugalmas molekulából állna, amelyben erős kovalens kötések kapcsolják egymáshoz a részeket. Ha a gumidarab eltörik, a kémiai kötések véglegesen megszakadnak, nem lehet újraéleszteni őket. Leibler kutatócsoportja egyszerű, hétköznapi anyagokból indult ki, növényi olajok zsírsavaiból és karbamidból hozták létre az öngyógyító gumit. A zsírsavak és a karbamid reakciójaként egy kétlépéses folyamatban nitrogéntartalmú csoport kapcsolódik a zsírsavmolekulák végéhez. Ezek a nitrogéntartalmú csoportok savszármazékok, például amidok, amelyekben az –OH csoport helyére NH2 csoport lép, vagy imidek, amelyben az alapvegyület =O szerkezeti elemét =NH helyettesíti. A reakció során többféle molekula keletkezik, lesznek olyan zsírsavak, amelyekhez két, másokhoz három amid vagy imid csoport kapcsolódik. A molekulákat hidrogénkötések, hidrogénhidak kapcsolják egymáshoz.

Ebből a többféle molekulából álló keverékből nem lehet az eredeti gumihoz hasonló egységes felépítésű anyagot létrehozni. A tulajdonságok egy része mégis hasonló, például az új anyag is jelentősen, eredeti hosszának akár ötszörösére is megnyújtható. A feszítő hatás elmúltával ez is visszatér eredeti formájára, méretére, de az igazi gumitól eltérően ez a visszaállás lassú, kb. egy percet vesz igénybe. Ha az új anyagot két részre vágják, akkor a szomszédos csoportokat összekötő hidrogénkötések megszakadnak, szabaddá válnak a zsírsavmolekula végéhez kötődő amidok és imidek. Ezek viszont szeretnének ismét egy partnerhez kapcsolódni, ezért ha az anyag két darabját egymáshoz szorítják, akkor újra létrejönnek a kémiai kötések, újra felépülnek a hidrogénhidak. Minél hosszabb ideig érintkezik egymással a két darab, annál több elemi kapcsolat épül ki, annál erősebben kapcsolódik egymáshoz a két darab, annál teljesebb lesz az öngyógyítás. Negyedóra elteltével már elvisel egy kétszeresre nyújtást az anyag, kissé hosszabbra nyújtva azonban elszakad, mégpedig az összeillesztés helyén. Laboratóriumi kísérletek szerint az öngyógyító folyamat, a molekulák közti újabb és újabb kapcsolódások kiépülése még 18 óra elteltével sem áll le.

Öngyógyító anyagot már korábban is létrehoztak, de azoknál vagy melegítésre, vagy komoly erőhatásra volt szükség az újbóli összekapcsolódáshoz. A francia kutatók gumija szobahőmérsékleten gyógyul, a darabokat elég csak finoman összeérinteni.

Cordier, Philippe et al.: Self-healing and Thermoreversible Rubber from Supramolecular Assembly. Nature. 21 February 2008. 451, 997–980.

Sanderson, Katharine: Self-healing Rubber Bounces Back. Naturenews. 20 February 2008. (doi:10.1038)

J. L.



„Fehér lyukkal” modellezik a fekete lyukat


A fekete lyuk tölcsérszerű gödör a téridőben, az eseményhorizonton túlhaladt fény vagy részecskék számára nincs visszatérés. A fehér lyuk hegy a téridőben, amely olyan meredek, hogy semmi sem tud felérni a csúcsára. A fehér lyuk eseményhorizontja ott van, ameddig a csúcsot meg lehet közelíteni. A fehér lyukak nem stabilak, nem léteznek a természetben.

Az eseményhorizontot folyó-hasonlattal is szokás szemléltetni. A folyóban halak úsznak felfelé, maximális sebességgel. Ahogy haladnak felfelé, a folyó egyre gyorsabban folyik szembe, egy ponton sebessége megegyezik a halakéval. Ez lesz a fehér lyuk eseményhorizontja, a halak ennél a pontnál nem tudnak továbbjutni. Thomas G. Philbin és munkatársai (St. Andrews Egyetem, Skócia) mikrostrukturált optikai kábelben lézerimpulzusokkal valósították meg a fehér lyuk eseményhorizontját. A kábelen elindított infravörös impulzus olyan intenzív volt, hogy megváltoztatta a fény haladási sebességét a kábelben. Az utána küldött második, kissé hosszabb hullámhosszú impulzus az elsőnél gyorsabban haladt előre, majd azt utolérve lelassult, egy ponton megegyezett a két impulzus sebessége. Ezen az eseményhorizontnak megfelelő ponton a második impulzus rövidebb hullámhosszúvá nyomódott össze, és az első impulzusnál lassabban haladt tovább, vagyis nem tudott feljutni a „hegy csúcsára”.

A kísérletezők következő célja a Hawking-sugárzás kimutatása. A kvantumfizika szerint a fekete lyuk sem teljesen fekete, sugárzást bocsát ki. A vákuumban fotonpárok keletkeznek, a pár egyik tagja az eseményhorizonton belül, a másik kívül; utóbbi megmenekül, ezt jósolta meg Stephen Hawking 1975-ben. A gyenge sugárzás nem mutatható ki közvetlenül a mikrohullámú háttérsugárzás mellett, létezését még nem sikerült igazolni. A fehér lyuk analogonnak is sugároznia kell. A kábelben gyorsan változó sebességgel haladó fény részecskéket szabadít ki a vákuumból. Ezek gyenge, de a számítások szerint észlelhető sugárzást adnak. Ennek kimutatására, a Hawking-sugárzás észlelésére készülnek.

Philbin, Thomas G.: Fiber-Optical Analog of the Event Horizon. Science. 7 March 2008. 319, 1367–1370.

Cho, Adrian: Test of Hawking’s Prediction on the Horizon with Mock „White Hole”. Science. 7 March 2008. 319, 1321.

J. L.

Fényérzékelő vak egerek


Tökéletesen vak egereket tettek egy génterápiás eljárás segítségével fényérzékelővé svájci (Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research) kutatók az amerikai Harvard Medical School munkatársaival együttműködve. A kutatási programot a jelenleg Bázelban dolgozó magyar neurobiológus, Roska Botond vezeti. A kezelt állatok nem csupán a fényt érzékelték, de bizonyos méretű mozgó mintázatokat is meg tudtak különböztetni.

Az egerekből teljesen hiányoztak a retina fényérzékelő sejtjei, az ún. fotoreceptorok. Kórképük megfelel az emberi retinitis pigmentosa nevű, a fotoreceptorok pusztulásával járó betegségnek, illetve az időskori vakságot okozó makuladegenerációnak.

A kutatók a fotoreceptorokkal nem rendelkező egerekben a retina következő sejtrétegének sejtjeit, a fény intenzitását detektáló ún. bipoláris sejteket „tanítják” fény érzékelésére. A bipoláris sejteknek két típusa létezik: az ON, vagyis bekapcsoló sejtek működésbe lépnek, amikor megjelenik a fény, az OFF sejtek pedig fény hatására elhallgatnak. A vak egerekben ezek is működésképtelenek voltak, hisz a fényérzékelő sejtektől semmiféle információ nem érkezett hozzájuk.

Roska Botond kutatócsoportja egy fényre érzékeny algafaj egyik génjét építette a bekapcsoló sejtekbe; olyan gént, amely az alga fényérzékeny fehérjéjének termelődését kódolja. Az ON bipoláris sejtekben így megindult az ún. ChR2 (channelrhodopsin-2) fehérje termelődése. A sejtek így fényérzékeny-nyé váltak, fény hatására be tudtak kapcsolni, és képesek voltak üzeneteket küldeni az agynak. A kutatók a ChR2 gént úgy módosították, hogy csak az ON sejtekben tudjon működni, így az agy egyértelmű jeleket kapjon.

A tudósok megállapították, hogy a kezelt egerek agya – a kontrollcsoport tagjaival ellentétben – érzékeli a fényt, sőt viselkedéstesztekkel azt is bizonyították, hogy az egerek formák megkülönböztetésére is képesek. Méretek szempontjából a látásuk feleolyan jó, mint az egészséges állatoké, azaz kétszer akkora tárgyak érzékelésére képesek, mint az egészségesek.

Roska szerint remény van arra, hogy az eljárás embereken is alkalmazható lesz az említett két betegségcsoportban. Elmondta, hogy egy olyan génterápiás módszer fejlesztésén dolgoznak, amelynek során egy ártalmatlan vírusba építik be az alga „fényérzekenyítő” génjét, és a vírus genetikai módosításával szeretnék elérni, hogy csak a bekapcsoló bipoláris sejtekben szaporodjon, így csak azokban termelődjön fényre reagáló fehérje. Ám még évekre van szükség, hogy embereken is kipróbálhassák az eljárást. „Vak emberek számára már az is óriási dolog lenne, ha érzékelnék a fényt, vagy a nagyobb tárgyakat” – mondja Roska Botond.

Nature Neuroscience. 27 April 2008. | doi:10.1038/nn.2117

Nature. 25 April 2008. | doi:10.1038/news.2008.781

G. J.



Elkészült a kacsacsőrű emlős genomja


Elolvasták a kacsacsőrű emlős (Ornithorhynchus anatinus) örökítőanyagának teljes betűsorrendjét. A munkát egy nemzetközi kutatócsoport végezte Wesley Warren (Washington University, St. Louis) vezetésével. Nem véletlen, hogy a különleges állat, mely tojást rak, mint a madarak, szőre van, mint az emlősöknek, és mérget termel, akár a kígyók, DNS-ében egyaránt találtak az ősi hüllőkre és az emlősökre utaló jellegzetességeket.

Érdekes azonban, hogy a kacsacsőrű emlős ivari kromoszómái sokkal inkább emlékeztetnek a madarak ivari kromoszómáira, mint az emlősökéire. Megtalálható bennük az emberi ivari kromoszóma „őse” is, de nincs szerepe az állat nemének kialakításában.

A hím kacsacsőrű emlősök hátsó lábain méregmirigyek vannak, melyek fájdalmat okozó, de veszélytelen anyagot termelnek. A méreg kémiailag hasonlít bizonyos kígyómérgekhez, a gének analíziséből azonban arra a következtetésre jutottak, hogy ez a védekező mechanizmus egy, a hüllőktől független evolúciós fejlődés eredménye.

Meglepetés volt az is, hogy a kacsacsőrű emlősben bizonyos, a szaglóhám egy speciális területén található receptorok száma jóval nagyobb, mint bármely más állatban. E receptorok jelenléte a kutyákat is igen eredményessé teszi a táplálék megtálalásában. A kutatók szerint ezek a gének arra engednek következtetni, hogy a víz alatt csukott szemmel úszó kacsacsőrű emlős szaglását jelentős mértékben tájékozódásra is használja.

Jenny Graves, a közlemény egyik ausztrál szerzője szerint a kacsacsőrű emlős genomjában lévő információk megértése az emberi evolúció megértésében is segíthet. Szerinte ugyanis az ember és a kacsacsőrű emlős DNS-ének összehasonlításával fontos információkhoz lehet majd jutni az emlősök kialakulásáról és evolúciójáról.

Newscientist.com. 07. 05. 2008

Nature | doi:10.1038/nature06936

G. J.

Jéki László – Gimes Júlia


<-- Vissza a 2008/06 szám tartalomjegyzékére


<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra