[Bioszenzorok nyomában, Svédországban] Gergő Fülöp Beszámoló a Chalmers University of Technology-n 2013.09.02 és 2014.01.17 között végzett szakmai gyakorlatról.
BEVEZETŐ Miért adódik különböző színűnek, az ugyanabból az anyagból készített arany oldat? Hogyan képesek a gekkók mindenféle vegyi anyagot mellőzve a terrárium üvegére tapadni? Mi az oka a lótusz levelei által mutatott szuperhidrofób
viselkedésnek?
Ezek
és
ehhez
hasonló
kérdések
fogalmazódtak meg bennem a biomérnöki tanulmányaim első évei alatt a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen, melyekre kielégítő választ kaptam, amikor először találkoztam a nanotechnológiával, illetve kolloid rendszerekkel egy tárgy keretein belül. A válasz mindhárom kérdés esetében egy témakörből származik. Megfelelő nano- mikrostruktúrával rendelkező felületek, részecskék esetén igen érdekes tulajdonságokat tapasztalhatunk. Ezen kuriózumok feltárása, mint motiváció, végigkísért egyetemi tanulmányaim során. Szakdolgozatomat a Magyar Tudományos Akadémia, Természettudományi Kutatóközpontjának, Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetében írtam, ahol kellő közelségbe kerülhettem a nanorészcskékkel, arany oldatokkal, nanostrukturált felületekkel, és ezek effektív
felhasználásával.
Munkám
eredményeképpen
az
Országos
Tudományos Diákköri Konferencián első helyezést értem el, mely tovább buzdított a témám elmélyítését illetően. Témavezetőm segítségével sikerült egy olyan kutatócsoportot találnunk a Chalmers Univeristy of Technologyn, Göteborgban, Svédországban, ami teljes mértékben lefedi a korábbi kutatási
területemet,
alkalmazásának
és
mindamellett
neves
a
legfejlettebb
eredményeiknek
technológiák
köszönhetően
az
egyik
legszínvonalasabb kutatócsoport hírében áll a plazmonika tárgykörében. A Bionanofotonikai
csoport
vezetőjével
Professzor Mikael
Käll-el
2013
májusában sikerült felvennünk a kapcsolatot, megkeresésünket szívesen fogadta. Július közepén egyértelművé vált, hogy megkaptam az ösztöndíjat Göteborgba, így lehetőség adódott egy ígéretes négy és fél hónapos szakmai gyakorlat teljesítésére, a Balassi Intézet jóvoltából.
1
1
AZ ELSAJÁTÍTOTT SZAKMAI KOMPETENCIÁK Munkámat szeptember másodikán kezdtem meg a külföldi intézményben, ahol témavezetőm, egy friss doktori diplomás, részletes munka- és ütemtervvel várt. Első lépésként irodalmazási feladatot kaptam, annak érdekében, hogy jobban megismerjem a rám osztott feladat különböző aspektusait. Következő lépésként az intézmény által fenntartott laborokkal és legfontosabb műszerekkel ismerkedtem meg. Ekkor, főleg a korábbi ismereteimet felhasználva, kolloid oldatok, arany szolok előállításával bíztak meg, hiszen a különböző méretben előállított arany részecskés oldatok, széles körben ismertek és használtak a kutatócsoportban, szintézisük a megfelelő anyagok és előírások ismeretében rutinszerű. Az általam
szintetizált
arany
nanorudak
tulajdonságait
transzmissziós
spektrofotométer, illetve pásztázó elektron mikroszkóp (scanning electron microscope - SEM) segítségével vizsgáltuk. Az egy hónapos bevezető feladatok után a témavezetőm fokozatosan vezetett be a bioszenzorika világába. Először egy komplett kísérlettel ismerkedtetett meg, majd pontról-pontra megmutatta az egyes lépéseket, mígnem önállóan tudtam alkalmazni azokat. A kísérlet megkezdése előtt szükség volt a minta preparációjára és előkészítésére, mely az úgynevezett hole-mask colloidal litography (HCL) eljárással történt. Ez a módszer, a csoport által kifejlesztett, rendkívül hatékony és gyors formája a nanorészecskés felületek létrehozásának. Az HCL módszer eredményeképpen, nanoléptékű arany korongok sorozatát hoztam létre üveg felületen. A nanostruktúrák előállítása HCL módszerrel kontrollált körülmények között, speciális környezetben zajlik, úgynevezett tisztatérben.
Egy
tisztatérben
a
levegőben
diszpergált
részecskék
mennyisége és mérete előírások, szabványok szerint kontrollálva van. Ennek megfelelően a munkavégzés csak speciális öltözetben, külön munkavégzési engedéllyel lehetséges.
2
2
A szakmai gyakorlat során, sikeres vizsgát tettem az általános tisztatéri kurzuson, illetve felhasználói engedélyt szereztem több készülékhez köztük, a SEM-hez illetve a fémpárologtató berendezéshez a tisztatérben. A minták előállításának elsajátítása után az bioszenzoros kísérletek mikéntjével ismerkedtem meg. A mintát átfolyócellába helyeztük, melyet halogén fényforrás és optikai szál segítségével átvilágítottunk. A mintán áthaladó fényt egy konvencionális spektrométerrel, valósidőben mértük. Az arany nanokorongok felületét, először enzimekkel borítottuk be, melyek kritikus szerepet játszanak a kísérletben. A plazmonikus arany struktúrának köszönhetően már az enzim kötődése is változást okoz a spektrumban, ezért annak kinetikája monitorozható. A folyamat lezajlását követően, az enzim szubsztrátját (azt a molekulát, melynek átalakítását katalizálja az enzim) hozzáadtuk a rendszerhez ezüst ionokkal együtt. A keletkező produktum képes redukálni a mátrixban jelen lévő ezüst ionokat, mely fém ezüst formájában leválik az arany nanokorongokra, ezzel hatalmas csúcseltolódást indukálva a spektrumban. A reakció rendkívül érzékeny, pontosan detektálható, így különböző szubsztrátok alkamazása esetén (mint pl. glükóz, marker fehérjék) lehetőség adódhat egy enzimmel erősített jelölésmentes plazmonikai bioszenzor diagnosztikai vizsgálatokban való alkalmazásra. December elejétől volt szerencsém, ugyanezt a kísérletet elvégezni egy olyan sötétlátóterű inverz-mikroszkóp használatával, mely egy részecskés mérést is lehetővé tesz, így
egy tetszőlegesen kiválasztott
arany
nanokorong és annak környezetében lezajló reakció vizsgálható. Ennek a módszernek nagy előnye az előbbi spektrofotométeres méréssel szemben, hogy nem egy átlagolt jelet kapunk egy nagy területről, hanem egyéni nanorészecskék külön-külön mérhetőek.
3
3
A MEGSZERZETT KOMPETENCIÁK FELHASZNÁLÁSA, KONKLÚZIÓ A
szakmai
gyakorlat
eredményessége
kétségbe
nem
vonható,
elvárásaimat jócskán felülmúlta minden ott töltött perc. Az intézmény Európa egyik legnagyobb, legjobban felszerelt tisztaterével büszkélkedhet, ezenkívül a rendkívül inspiráló környezet, a jól összeválogatott csapat szintén nagymértékben hozzájárul a kutatási témák produktív, gyorsütemű fejlődéséhez. A megszerzett licenszek a tisztatérben mindenképpen kamatozni fognak a Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetben végzett kísérleteim kapcsán, rengeteg tapasztalatra tettem szert a tisztatérben az önálló, pontos, precíz munkavégzést és kockázatfelmérést illetően. A kísérletek tervezésén túlmenően, a felmerülő problémákkal sokszor egyedül kellett megküzdjek, ami remek kihívás volt, hiszen a problémakezelés egy nagyon fontos és hasznos tulajdonsága kell, hogy legyen egy mérnöknek. A Bionanofotonikai divízió közel 90%-ban fizikusokat, biofizikusokat foglalkoztat, a fennmaradó 10%-ban pedig vegyészeket, biomérnököket, villamosmérnököket. Egy ilyen munkakörnyezetnek az együttműködés, szerves
része,
melynek
előnye,
hogy
a
különböző
szakemberek
kiegészíthetik egymás tudását. Több alkalommal fordultam bizalommal munkatársaimhoz segítségért, és sok esetben én is hozzá tudtam járulni a többiek munkájához.
A szakmai diskurzusok elmaradhatatlan részét
képezték a közös eseményeknek, továbbá a hétfői meetingek alkalmával többször is volt alkalmam prezentálni az elért eredményeimet, majd ötleteket, javaslatokat gyűjteni a csoport többi tagjától. Úgy gondolom, az itt töltött idő nem csak a szakmai oldalamat erősítette, a kötelező interakciók szükségessége folytán fejlődött az előadói képességem és a magabiztosságom is. A külföldi szakmai gyakorlat, mint kötelező, 0 kredites egyetemi szakmai gyakorlat beszámítható.
4
4
KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS A beszámolóm végén szeretnék köszönetet mondani a Balassi Intézet nagylelkű ösztöndíjáért, amely biztosította számomra a lehetőséget egy életre szóló tapasztalat megszerzésére. Emellett köszönöm az otthoni és a külföldi témavezetőmnek a rengeteg segítségét, útmutatást, támogatást, köszönöm
Prof.
Mikael
Käll-nek
kutatócsoportjában részt vehettem.
5
5
a
lehetőséget,
hogy
a
kiváló
