Vonderviszt Ferenc

A négymilliárd éves nanotechnológia

I. Bevezetés

Tisztelt Olvasó! Ha az Ön kezében lenne egy öklömnyi szén, az enyémben pedig egy ugyanakkora gyémánt, cserélne-e velem? Kérdezhetném, miért, hiszen mindkettő "egyformán" csupán szénatomokból áll. Csak annyi a különbség, hogy az egyikben egy kicsit másképpen vannak elrendezve az atomok, mint a másikban. Hasonlóképpen, egy kávéskanálnyi homok és a legmodernebb Pentium chip atomi összetételét tekintve is parányiak a különbségek. Vagy ha egy kevéske föld, víz és levegő atomjait kissé átcsoportosítjuk, akár egy fürt szőlőt is kaphatunk. Mindezek a példák nyilvánvalóan mutatják, hogy ugyanazokat az atomokat ügyesen elrendezve értékes és hasznos dolgokat állíthatunk elő, másféle elrendezésben pedig értéktelen és számunkra haszontalan dolgokhoz jutunk. Rendkívül fontos tehát, hogy képesek legyünk az anyag szerkezetének, az anyagot felépítő részecskék elrendeződésének befolyásolására. Ezt a képességet nevezzük technológiának.

Általános értelemben a 100 nanométer alatti mérettartományban működő technológiákat hívjuk nanotechnológiának. A nanométeres mérettartomány a molekulák birodalma. A nanométeres méretskála megfelel a hajszálvastagság százezred részének, de ezerszer kisebb még a baktériumok méreténél is. Az igazi újdonságot azonban nem a parányi méretek jelentik a nanotechnológiában. Ebben a mérettartományban lehetővé válik egy az eddigiektől gyökeresen eltérő, újfajta megközelítés: az atomokból és molekulákból való építkezés.
Az anyagot felépítő részecskék elrendeződésének precíz kontrolljára egészen a legutóbbi időkig nem voltunk képesek. Amit eddig csináltunk, az sokkal inkább tekinthető egyfajta irányított rombolásnak, mintsem jól kézben tartott építkezésnek.

Engedjék meg, hogy egy hasonlattal érzékeltessem a különbséget. Eddig úgy dolgoztunk, mint egy szobrász, amikor lefaragja a kőtömbről mindazt, ami fölösleges (1. ábra). Michelangelo nem volt képes az anyagi részecskék precíz manipulálására. Vésőjével egyszerre billiószor trillió atomot mozgatott. De ha elég ügyesek vagyunk, szobrot atomokból, illetve molekulákból összerakva is csinálhatunk. Íme a mai modern emberábrázolás (2. ábra)! Zeppenfeld és munkatársai szén-monoxid-molekulákat egy platinafelület mentén atomerő-mikroszkóppal egyedileg mozgatva építették ezt a kis molekuláris szobrot, amely 4,5 nm magas és 26 CO-molekulából áll.

1. ábra

2. ábra

A nanotechnológia egyik kiemelt célja, hogy kontrollált módon, atomokból és molekulákból építkezve hozzon létre parányi gépezeteket, amelyek lehetőleg rendelkeznek az önszerveződés képességével, azaz olyan gépezeteket, amelyek alkatrészeikből spontán módon, mindenféle külső beavatkozás nélkül összeállnak.

Manapság gyakran halljuk, hogy a nanotechnológia a jövő ígérete, a 21. század technológiája. Pedig a nanotechnológia nem új dolog, ősidők óta létezik, hiszen az élő szervezetek valójában nanotechnológiát alkalmaznak: elsősorban fehérjékből felépülő, önszerveződésre képes molekuláris gépezetek működnek bennük. Ebben az előadásban szeretném önöket egy kis kalandozásra hívni a fehérjék világába, bemutatni a biológiai rendszerekben található fehérje-alapú molekuláris gépezetek ámulatba ejtő tulajdonságait. Próbáljuk meg együtt megérteni, hogy mi teszi a fehérjéket különösen alkalmassá molekuláris gépezetek építésére, s hogyan alkalmazhatjuk a fehérjéket a mi saját nanotechnológiánk létrehozásában.