Élő és szilíciumvilágok között

A nanotechnológia napjaink egyik legkomolyabb tudományos kihívása: a különböző diszciplínákat integráló kutatások élen járnak az innovációban. A speciális követelményeknek megfelelően készített miniatűr ketyerék új piacokat teremthetnek, dinamizálhatják az európai high tech ipart.

DNS-motorok

A 2003 tavaszán indult, e hónapban záruló uniós Mol Switch projekt keretében létrehozott demonstrációs példány bizonyította az ilyen rendszerek működőképességét. Pedig féltek, hiszen fizikai egyenletek alapján a viszkozitás problémát jelenthetett volna, csakhogy a viszkózus erők nanoszinten nem fejtik ki hatásukat.

A projekt sikeresnek bizonyult, a különleges teljesítményre képes kapcsoló jól funkcionál számos DNS-alapú motorral. Az élő sejtek legfontosabb energiaforrásával, az egy adenozin-molekulából és a hozzá kapcsolódó három foszfátcsoportból felépülő adenozin-trifoszfáttal (ATP) "hajtott" szerkezet fel tudja deríteni a DNS-hez kapcsolódó biokompatibilis mágneses nanorészecskék mozgását. Az integrált rendszer először egyszerű molekulák DNS-sorának meghatározásában használható fel. Elektronokat kibocsátó speciális szenzorok állapítják meg, működik-e a biológiai motor, létrejött-e az élővilág és a szilícium közötti kapcsolat.

A híd

A kutatók nanoméretű mikrofluid chipet használtak. A mikrofluidok újdonsága, hogy lehetővé teszik a folyadékok réteges, előre jelezhető áramlását. Az e célul szolgáló csatornák alját Hall-effektusú szenzorokkal szerelték fel. "A Hall-effektus lényege: Ha I intenzitású pozitív x irányba folyó áramot B indukciójú, z irányú homogén mágneses térbe helyezünk, akkor e mágneses tér a pozitív töltéshordozókat negatív y irányba mozdítja el" - írja Beleznay Ferenc (Ismét a kvantált Hall-effektusért! Fizikai Szemle 1999/3, 88. o.)Leírja, miként hat a mágneses mező az elektromos áramra. A hatás meglehetősen pontosan mérhető. Ezek a mérések a biológiai motort elektronikus jelzésekkel kötik össze a szilíciumvilággal.

A DNS-molekula a mikrofluid csatorna aljához rögzül. A DNS-szál lebegő vége mágneses szemcséhez kapcsolódik. Az egyik motort egy speciális proteintípus adja. Jellegzetessége, hogy csak a DNS-bázisok (A, C, G, T) meghatározott sorához kapcsolódik. "Kizárólag a kapcsolódó alapokhoz, azaz pontosan kontrollálhatjuk, hova helyezzük a motort a függőleges DNS-szálon" - magyarázza a projekt koordinátora, Keith Firman (Portsmouth Egyetem).

Mindezek után "benzint", ATP-t juttattak a mikrofluid csatornába. A motor a DNS-szálat a mágneses szemcse felé löki. Utóbbi függőleges irányú mozgását Hall-effektusú szenzor méri. Leegyszerűsítve: megállapítja, hogy ki- vagy bekapcsolt állapotban van.

Korlátlan lehetőségek

Az új aktuátor szinte végtelen potenciális alkalmazással kecsegtet: áramlásirányító elektroncsövek, szivattyúk, motorok, kapcsolók, relék, vezérlők, bioérzékelők_ Molekuláris áramkörök, sőt, molekuláris méretű mechanikus eszközök fejlesztésénél szintén felhasználható. Vagy implantátumokban, az izmok és a külső szerkentyűk közti interfészként. Persze nem azonnal, mert utóbbira optimista becslések szerint is minimum húsz-harminc évet kell várnunk...

Minden bizonnyal a genetikai kutatások alapja, a DNS-szekvenciák, a négy DNS-bázis sorrendjének feltérképezése lesz az egyik legfontosabb alkalmazás. Az eddigi kísérletek sikeresnek bizonyultak. A tesztelt motorok közül az EcoR124I és az FtsK tűnnek ígéretesnek: előbbi flexibilitása, utóbbi gyorsasága nyerte el a kutatók tetszését.

Hamarosan indul az utódprojekt. Kereskedelmi forgalmazásra szánt bioérzékelő termék fejlesztését tűzték ki célként.