A számítógépek merevlemezeiben, az orvosi képalkotásban, valamint a környezetvédelemben a szerves szennyezők lebontására gyakran alkalmaznak mesterséges mágneses nanokristályokat. Ezek azonban nem olyan tökéletesek, mint amilyeneket a baktériumok egy különleges csoportja „állít elő”. A tudósoknak „példát mutató” mágneses baktériumokat mutatja be Pósfai Mihály akadémikus a Magyar Tudomány Ünnepének nyitóelőadásában, amelynek idei programsorozatát a velünk élő, mindennapjainkat meghatározó tudomány jegyében szervezték.
Milyen genetikai szabályozás határozza meg a biológiai kristályképződést? Milyen az így keletkezett kristályok mérete és alakja? Milyen összefüggés fedezhető fel a kristályok szerkezete és mágneses tulajdonságai között? Mire lehetne használni a szigorúan szabályozott méretű kristályokat, és miként mérhető mágnességük elektronholográfia segítségével? E kérdésekre ad választ előadásában Pósfai Mihály, az MTA levelező tagja, a Pannon Egyetem professzora.
„A baktériumok egy csoportjának sejtjeiben mágneses vas-oxid- vagy vas-szulfid-nanokristályok képződnek. A magnetit- és greigitkristályokat biológiai membrán veszi körül, a kristály és a membrán együttese az úgynevezett magnetoszóma. A magnetoszómák láncokba szerveződve segítik a mikroorganizmusokat a tájékozódásban” – magyarázta az akadémikus. Mint elmondta, a mágneses baktériumoknak létfontosságú a pontos tájékozódás, mert mikroaerofil mikroorganizmusként a túl sok oxigén végzetes a számukra, ezért mocsarakban, tavakban, tengerekben és azok üledékében, az oxigéndús és oxigénmentes rétegek közötti átmeneti sávban élnek.
„A Balaton vizében például van oxigén, ám a tófenék üledékében már néhány milliméteres mélységben elfogy. Ennek határán élnek a mágneses baktériumok, ez a természetes életterük. A kristályláncok az optimális oxigénkoncentráció megtalálásában segítik a mikroorganizmusokat, amelyek kizárólag a geomágneses erővonalak mentén képesek mozogni. Az erővonalak az Egyenlítőtől távolodva a Föld felszínéhez képest egyre nagyobb szögben hajlanak. Ezáltal a baktériumok csak »lefelé« és »felfelé« tudnak úszni, ez a tulajdonságuk előnyt jelent a megfelelő környezet megtalálása szempontjából” – fogalmazott a tudós.
A baktériumok a bennük lévő mágneses kristályok jellemzői, valamint elrendeződése alapján igen sokfélék. „Valóságos természetes laboratóriumok. Olyan szabályozott méretű és alakú kristályokat termelnek a legkülönfélébb elrendeződésben, amilyeneket mesterségesen igen nehéz előállítani. A baktériumok tanulmányozásával gyarapíthatjuk a nanométeres mágneses kristályokkal kapcsolatos ismereteinket” – hangsúlyozta Pósfai Mihály.
A mágneses nanokristályokat igen sok helyen alkalmazzák. A mágneses folyadékokat, a ferrofluidokat a merevlemezek meghajtott tengelye körüli folyékony tömítésként használják. A mágneses nanorészecskék kontrasztanyagként szolgálnak a mágneses magrezonanciás képalkotó vizsgálatoknál (MRI). Viszont minden ilyen alkalmazásnál nagyon fontos a mágneses nanorészecskék mérete és alakja, mert az határozza meg a viselkedésüket, tulajdonságaikat. „Ezért lenne fontos, hogy megtanuljuk szűk méret- és alakeloszlással előállítani a szintetikus részecskéket, ami laboratóriumi körülmények között nem is olyan egyszerű feladat” – említett egy, a tudósok számára megoldásra váró problémát az akadémikus. A kutatók a felfedező és a célzott kutatások határvidékén mozognak, amikor ezeket a baktériumokat vizsgálva próbálják meg kideríteni, miként képesek ilyen szabályozott tulajdonságú kristályokat gyártani. Az így nyert ismereteket pedig a laboratóriumi mágneses kristályszintézisben kamatoztathatják. „Ez a biomimetikus szintézis, amikor is a biológiai rendszerektől ellesett ötleteket próbáljuk alkalmazni a laboratóriumban” – magyarázta Pósfai Mihály.
Az akadémikus az Európai Unió 7. kutatási és technológiafejlesztési keretprogramja részeként német, osztrák, magyar és lett kutatók részvételével egy olyan projekten dolgozik, amelynek célja, hogy az MRI-vizsgálatokhoz biomimetikus szintézissel a korábbiaknál jobb kontrasztanyagokat állítsanak elő. „Előadásomban példákon keresztül mutatom be, hogy mit sikerült eddig a biomimetikus szintézis terén a tudománynak elérni, hiszen már elég precízen tudjuk a kristályok méretét szabályozni, és a szerkezetüket is képesek vagyunk valamelyest befolyásolni” – összegezte.
