Az MTA doktorai: Csapó Edit a nemesfémalapú nanoszerkezetekről

Csapó Edit, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének habilitált egyetemi docense és az MTA-SZTE Lendület Nemesfém Nanoszerkezetek Kutatócsoport vezetője (akinek jelenleg is folyamatban lévő Lendület-kutatásairól már beszámoltunk) már 2010 óta foglalkozik ‒ alapkutatás keretein belül ‒ a nemesfémalapú nanoszerkezetekkel, e kutatási eredményeinek nagy részét foglalta össze az MTA doktora cím elnyeréséért benyújtott disszertációjában.

Aranynanoklaszterek

Az eredményeiből kiderül, hogy ezek a főként aranyatomokból felépülő, nanoszerkezetű anyagoknak az élet megannyi területén van potenciális szerepük, és a bennük rejlő lehetőségeket még csak most kezdjük felismerni.

Csapó Edit Fotó: csapoedit.hu

„A klasszikus, vagyis plazmonikus tulajdonságokkal rendelkező nemesfémkolloidok vizsgálatával kezdtem el 2010-ben foglalkozni. Azt vizsgáltuk, hogy

ha a nemesfémkolloidokat különböző biomolekulákkal felületmódosítjuk, akkor a bekövetkező szerkezeti változások milyen kapcsolatban állnak az optikai tulajdonságok megváltozásával.

Ezt próbáltuk leírni és jellemezni, illetve elméleti számításokkal is alátámasztani a kísérleti munkát – fogalmaz Csapó Edit. A kutató nemcsak egy-, hanem kétfémes rendszerekkel is foglalkozott (amikor a nemesfémrészecskéket két különböző fém atomjai alkotják).

Az egyik fém mindig az arany volt, és ezen elemet igyekeztek a p- és d-mező elemeivel ötvözni, majd tanulmányozták, hogy ez hogyan módosítja a nanoszerkezet tulajdonságait, különösképpen az optikai sajátságaikat és a katalitikus képességeiket. Nagyon sok kémiai folyamat lejátszódásának érdekében alkalmaznak katalizátorokat az ipar számos területén. Csapó Edit és munkatársai például a légköri szén-dioxid átalakítására fejlesztettek aranytartalmú kétfémes katalizátorokat – ebben a munkában közreműködött Janáky Csaba is, aki szintén 2024-ben szerezte meg az MTA doktora címet.

2017-től Csapó Edit az arany-nanoszerkezetek teljesen új mérettartományával kezdett el foglalkozni, ezen alapult Lendület-pályázata is. Ez egyedülálló kutatási terület volt akkor Magyarországon, hiszen

senki más nem foglalkozott ennyire kis mérettartományú arannyal.

Ezek az aranytartalmú nanoszerkezetű anyagok már annyira kicsik voltak, hogy szinte megszámlálható volt bennük, hány darab aranyatomból épülnek fel. A szakirodalom aranynanoklasztereknek hívja őket.

„E nanoklaszterek többségükben 0,5–2 nanométer közötti méretű rendszerek voltak, és legfeljebb néhány tíz darab aranyatomból épültek fel. Ilyen kis mérettartományban a nanorészcske már elveszíti a korábbi kutatásainkban kihasznált tulajdonságát, vagyis a lokalizált felületi plazmonrezonancia képességét – mondja Csapó Edit. – Ezért e nemesfémkolloidok már nem színesek.

Az extrém méretcsökkenés révén egy nagyon új tulajdonságuk vált elérhetővé: ha UV lámpa alá helyeztük őket, akkor fluoreszkáltak.

E mérettel hangolható fluoreszcencia kialakítása nagy kihívásokkal teli kutatási téma. Ezt bizonyítja, hogy a 2023. évi kémiai Nobel-díjat éppen a mérettel hangolható fluoreszcenciával rendelkező kvantumdotokért ítélték oda.”

Miniatűr szenzorrendszerek

A kutató és munkatársai különösen azt vizsgálták, hogyan lehet e fluoreszkáló nanorendszereket előállítani, és milyen orvosbiológiai alkalmazásaik képzelhetők el. Az utóbbi érdekében elsődleges fontosságú volt, hogy a szintézisükből kizárják a toxikus anyagok használatát. Kizárólag vizes közegben tudtak dolgozni, és olyan rendszereket állítottak elő, amelyek különböző biológiai médiumokban stabilak, és nem okoznak mellékhatásokat, de hangolni lehet a fluoreszcenciájukat. Nagyrészt erről szól a kutató Lendület-pályázata is. Az elmúlt években sikeresen szintetizáltak kék, sárga, zöld és piros fényt emittáló „nanorészecskéket”, majd miután ezeket részletesen jellemezték, különböző orvosi alkalmazások fejlesztése irányában indultak el.

„Különböző miniatűr szenzorrendszereket fejlesztettünk. E fényesen világító, kis nanoszerkezetű anyagok azért működnek jól érzékelőként, mert ha kölcsönhatnak valamilyen molekulával, amit szeretnénk kimutatni, akkor megváltozik a »fényük« – mondja Csapó Edit. – Akár vizes közegből, akár az emberi vérből vagy az agyvízből is ki lehet mutatni e módszerrel bizonyos toxikus molekulákat. Úgy működnek, mint egy kis lámpás – világítanak, és ha kölcsönhatnak valamivel, amire szelektívek, akkor három dolog történhet: vagy kialszik a fényük, vagy még jobban világítanak, vagy pedig megváltozik a fluoreszcencia színe. Mi főként a kioltáson alapuló rendszerek fejlesztésével foglalkoztunk.”

A kutatócsoport létrehozott egy szenzort, ami ivóvíz vasszennyeződését tudta kimutatni, másik két fejlesztésük pedig a gerincvelői folyadékból mutatott ki olyan molekulákat, amelyek összefüggésbe hozhatóak későbbi idegrendszert érintő megbetegedések, például az Alzheimer-kór vagy a szklerózis multiplex kialakulásával. Ha minden kérdéses molekulára fejlesztenének egy nanorendszert (vagyis különböző fehérjéket kapcsolnának a fémmaghoz), akkor a

rendelkezésünkre állna egy szenzorkészlet, amellyel teljes diagnosztikát lehet végezni egy bizonyos folyadékmintán.

De Csapó Edit más kutatási témákon is dolgozik, – ahogy ő fogalmaz – kicsit „hobbiból”. Például makromolekulákból felépülő gyógyszerhatóanyag-szállító kolloidokat (biokolloidokat) fejleszt kutatótársaival, amelyek különböző gyógyszervegyületeket képesek a szervezeten belül célzott helyekre szállítani, és ott szabályozott körülmények között leadni őket. A kutató MTA-doktori disszertációja alapvetően e három kutatási területből (a nagy és kicsi nemesfémkolloidokból, illetve a biokolloidokból) tevődik össze. A közeljövőben pedig ötvözni tervezi a fluoreszcens nanoszerkezetek és a gyógyszerhatóanyag-szállító biokolloidok területét. „Igyekszünk fluoreszcensen megjelölni e gyógyszerszállító kolloidokat, hogy ezután nyomon követhessük e nanorendszerek szervezeten belüli útját” – fogalmaz Csapó Edit.