Kémiai anyagok

Napfényből hidrogén

kkkiadmin, 2011, március 18 - 12:25

[View]

Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (USA) munkatársai olyan biohibrid fotokonverziós rendszert fejlesztettek ki, amely a fotoszintézisben résztvevő növényi proteinek és szintetikus polimerek kölcsönhatása alapján, a látható fényt segítségével hidrogént állítanak elő.

A fotoszintézis a növények., az alga és néhány baktérium fajta természetes folyamata, amely a fényenergia kémiai energiává alakításával fenntartja az életet a Földön. A kutatók régóta foglalkoznak azzal, hogy a fotoszintézisre alapozva új anyagokat találjanak, melyek segítségével a Nap energiáját felhasználhatják az elektromosság és fűtőanyag előállítására.

A szintetikus napenergia konverziós rendszer felé egy újabb lépést téve, az amerikai kutatók demonstrálták, hogy bizonyos fényelnyelő proteinek (LHC-II) polimerekkel önszerveződve szintetikus membrán szerkezetet alakítanak ki és hidrogént bocsájtanak ki.

A kutatók elképzelése a hidrogént produkáló napelemes cellákhoz hasonló fotokonverziós rendszerekről, hasonló ahhoz, amely alapján a növények és más fotoszintézist felhasználó szervezetek alakítják át a fényt energiává.

Egy önmagát reparálni képes szintetikus fotókonverziós rendszer megalkotása nem egyszerű feladat. „Degradációra hajlamos molekuláris halmazok esetében az ön-javító képesség létrehozása igen fontos, mivel a halmaz bomlásakor a konverzió hatásfoka leromlik”, mondta a laboratórium egyik munkatársa Hugh O’Neil.

A laboratóriumban kisszögű szórással igazolták, hogy a polimer oldatba helyezett protein a polimerrel kölcsönhatva lamelláris többrétegű szendvicset, mely szerkezete hasonlít a természetes fotoszintetikus membránokhoz. A rendezett szerkezetű, nagy a fajlagos felületű fénygyűjtő protein szendvicseket platina katalizátorral kombinálva a napfény hidrogénné konvertálható, mely aztán üzemanyagként lesz felhasználható.

Forrás: Energy Environ. Sci., 2011, 4, 181-

Az üvegek megolvadnak abszolút 0 K fok közelében

kkkiadmin, 2011, március 18 - 12:11

[View]

Az elmúlt század húszas éveiben megalkotott kvantummechanika lehetővé tette, hogy megértsük az anyagok számos viselkedését. Az anyagot összetevő elemi részecskék, mint az elektron, proton, neutron, és a fotonok viselkedése jól megérthető a kvantummechanikai modellben. Még ma is, közel 80 évvel a kvantummechanika kidolgozását követően, az anyag eddig nem észlelt új tulajdonságai vezethetők le a kvantummechanika elvei alapján. Egy legújabb felismerés az anyag egy eddig lehetetlenek klátszó tulajdonsága megvalósulásának lehetőségét tárja fel. A kutatók a kvantummechanika segítségével kimutatták, hogy az üvegek megolvadnak abszolút 0 K fok közelében.

Eran Rabani a Tel Avivi egyetem professzora és munkatársai az üvegesedő anyagok egy új kvantummechanikai effektusát fedezték fel. Azt találták, hogy az üvegek nem csak melegítéskor olvadnak meg, de hűtéssel is megolvaszthatók, ha lehűtjük őket az abszolút 0 Kelvin fok közelébe.

Az üveg egy olyan összetételű keverékanyag, amely lehűlés közben kristályosodás nélkül jut mechanikailag szilárd állapotba. Az üvegek kémiai szerkezete a folyadékok állapotához hasonlóan véletlenszerűen alakul ki az olvadt ömledékből a megszilárdulás pillanatában. A különbség a folyadék- és az üvegállapot között az, hogy megszilárdult állapotban az üvegszerkezetet (üvegállapotot) alkotó atomok hőmozgása gátolt.

Az új tudományos eredmény, melyet a szerzők a Nature Physics jeles folyóiratban publikáltak, gyakorlati jelentősége egyelőre nem világos. „Azonban az anyag különös tulajdonságainak a felismerése kikövezi a jövőbeni felhasználás lehetőségeinek útját, A kvantum effektus alapján hűtéssel is megolvaszthatók az üvegek. Normálisan ezeddig melegítéssel tudtuk csak elérni”- mondta Rabani professzor.

Sok különböző anyag a Földön, - mint az ablaküvegben használt szilíciumdioxid- üvegesedne, ha elég gyorsan hűtjük le azokat. Rabani és kollégái demonstrálták, hogy igen speciális körülmények között, néhány fokkal az abszolút zéró -(273.15 C) hőmérséklet felett az üvegek megolvadnak. A hűtési fázis során speciális körülmények között az anyag először üvegesedik, majd megolvad. A jelenség oka az anyag atomjainak molekuláinak rendeződésben rejlik. Reméljük, hogy laboratóriumi kísérletek igazolni fogják elméleti eredményünket” mondta Rabani professzor.

Forrás: ScienceDaily (Feb. 4, 2011)

Molekuláris, mágneses kapcsolók

kkkiadmin, 2011, március 18 - 11:42

[View]

Rainer Herges professzor által vezetett német kutatócsoportnak sikerült Kielben először szobahőmérsékleten változtatni egyedi molekulák mágneses állapotát. A kapcsolóként használható molekulák nagyon kisméretű, elektromágneses tárolók létrehozásához járulhatnak hozzá és az biológiai képalkotásban is szerepet játszhatnak.

A kutatók a molekuláris mágneses gépet az adatrögzítő eszközökhöz hasonló módon valósították meg. A molekuláris gép egy porfirin gyűrű által körülvett nikkel atomból és a gyűrű felett egy nitrogén atomból áll, hasonlóan mint egy hanglemez és a lemez adatait leolvasó tű. Ha a molekulát kékes-zöld fénnyel világítják meg a nitrogén atom pontosan a nikkel ion felett helyezkedik el. Ilyen helyzetben a nikkel atom egy elektron párja felbomlik és mágnesessé válik, Ha ezek után kék-ibolya fénnyel világítjuk meg a nitrogén atom felemelkedik és a nikkel atom ismét elveszti mágnesességét, mivel a korábban felbomlott elektronpárja ismét kialakul. A az állapotok felcserélése akár 10000 alkalommal is megismételhető anélkül, hogy bármilyen más esemény bekövetkezne.

Azopiridinnel funkcionizált nikkel-porfirin mint reverzibilis fény-indukált mágneses kapcsoló. Az 1-cis izomer hő stabilitása 54 Celsius fokon, sötétben 27 óra.

Az 1,2 nanométer méretű kétállapotú molekuláris kapcsoló mágneses adathordozók előállításánál nyerhet nagy szerepet, mivel a merev lemezek igen nagy kapacitása érhető el, ha csökkentjük a diszkek felületén a mágneses részecskék méretét. „A kacsoló molekula intravénásan a szervezetbe juttatva, mint kontraszt anyag a medicinában használatos képalkotó eljárásokban, a tomográfiai eljárásokban is felhasználható lesz” jósolják a kutatók. Egy Schleswig-Holsteinben működő klinikán a kezdeti kísérletek sikerrel zárultak.

Forrás: Science 28 January 2011: 331 445-448

Az új-generációs tabletták

kkkiadmin, 2011, január 24 - 13:31

[View]

A tabletta – mint gyógyszerforma – kialakulása a XIX. század közepére tehető, amikor megjelentek az első tablettázógépek, manapság már az egész világon rendkívül széles körben elterjedtek. Minden egyes darab adott mennyiségű hatóanyagot tartalmaz, melyet pontosan feltüntetnek a gyógyszer dobozára.

Fontos, hogy gyorsan oldódjon, specifikusan a célzott helyen fejtse ki jótékony hatását minél effektívebb módon, valamint hogy bárki számára könnyen bevehető legyen. Különösen az utóbbi tulajdonságnak akadnak korlátai, hiszen sok olyan páciens van, akik egészségi állapotukból adódóan nem képesek lenyelni a gyógyszerüket (például sztrókon estek át), kiváltképp, ha arra nagy mennyiségű vizet is kell fogyasztaniuk.

Dr Afzal Mohammed, a Birminghamben található Aston University gyógyszerkutatásainak vezetője csoportjával jelenleg két olyan projektet is koordinál, amelyekben tökéletesítik a tabletták formuláját. A szakember kiemelte, egyaránt fáradoznak azon, hogy megnöveljék a tablettákban található hatóanyag mennyiségeket, valamint azon is, hogy azok könnyebben és gyorsabban szívódjanak fel a szervezetben. Ha ezek a célok megvalósulnak, a tervek szerint sokkal kevesebb alkalommal kell majd bevenni ugyanazt a gyógyszert, emellett a tablettákat kevésbé törékennyé teszik, amely megkönnyíti a nehezen mozgó, nyelő, vagy idős emberek számára az alkalmazást.

A kutatók azt is hangsúlyozták, az általuk kidolgozott formában lévő tabletták sokkal több ember számára lesznek elérhetőek, s biztonságosabbá, valamint könnyebbé válik a használatuk. Emellett törekvéseik arra is kiterjednek, hogy az állatkísérletek száma csökkenjen a gyógyszerfejlesztések során, s természetesen a korszerű, környezettudatos csomagolásra is kiterjed a figyelem.

A felsorolt célok elérésen terén a kutatók a siker útján haladnak, első eredményeiket már publikálták, s ígérik, a gyógyszergyártók 2 éven belül már rutinszerűen fogják alkalmazni az általuk kidolgozott új-generációs tablettagyártási eljárásokat.

Forrás: http://mrns.hu/index.php?page=content/hirek.php&nid=102

Szelén, egy jótékony nyomelem

kkkiadmin, 2011, január 24 - 12:44

[View]

A szelént nyugodtan nevezhetjük a legérdekesebb mikroelemnek. Ennek egyik oka az, hogy a jód után ez volt a második mikroelem, amelynél sikerült igazolni, hogy a szelénhiány pótlásakor a hiánytünetekben jelentkezô egészségügyi rendellenességeket ki lehet küszöbölni.

Mint a Vernie holland kutató által elôször közölt nagyon szellemes és szemléletes rajz is mutatja, a szelén esetében egyidejûleg igazak az egymással homlokegyenest ellenkezô megállapítások: a szelén mérgezô és egyben rákkeltô elem, illetôleg a szelén létfontosságú és a rákbetegségek megelôzésére (gyógyítására) alkalmas mikroelem. Hogy a szelén "melyik arcát mutatja felénk", az elsôsorban a koncentrációtól, részben a vegyületformától, részben más paraméterektôl függ.

A WHO, a FAO és a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség (IAEA) közös szakértôi bizottsága által megjelentetett legutóbbi kiadvány 20--70 µg/nap értékben jelöli meg azt a szelénmennyiséget, amelyet jól felszívódó formában az egészséges embernek magához kell vennie. Egyidejûleg azt is leszögezi ez a jelentés, hogy maximálisan 400 µg Se/nap az a határérték, amely felett a szelén negatív, káros hatásaival számolnunk kell.

Manapság rengeteg - tudományosan nem feltétlenül elvetendô - propagandaanyag foglalkozik a szelénpótlás szükségességével. Ehhez tudnunk kell, hogy Földünk elég sok területén, így Európa országainak nagyobb részében a talajok szeléntartalma nem elegendô ahhoz, hogy az élô szervezetek mûködéséhez szükséges szelént onnan fel lehetne venni: hazánkban is enyhe szelénhiányról lehet beszélni. Pedig ez az elem sok emberi betegség kialakulását akadályozhatja meg, illetôleg több betegség gyógyításában lehet használni a szelén vegyületeit. Mit tegyen tehát az átlagember, ha szelénnel kellôen el akarja magát látni?

Bár a benne lévô jellegzetesen erôs (és ezért sokak számára kellemetlen) illatanyagokkal rendelkezô fokhagymát nagy mennyiségben nem tanácsos fogyasztani, a fokhagyma szelénvegyületekben aránylag gazdag és más olyan anyagokat is tartalmaz, amelyek miatt használatát csak ajánlani tudjuk. Ma hazánkban - ugyan nem nagyon olcsón "Epasel" néven gyógyszertári forgalomban van egy olyan gyógyhatású kapszulakészítmény, amely a naponta ajánlatos szelént könnyen felvehetô (élesztôhöz kötött) formában tartalmazza. Két ilyen kapszula bevétele 50 µg szelénnel látja el a szervezetet.

A szelénben legszegényebb skandináv államok különbözô módszerekkel érték el, hogy az ott termesztett növényekben, majd az egész táplálékláncban meglévô szelénhiányt kiküszöböljék és így a különbözô betegségek arányát, ezzel a halandósági arányt is mérsékeljék. Nálunk nem beszélhetünk komoly mértékû szelénhiányról, de bizonyos utánpótlás annak ellenére szükségesnek látszik, hogy haszonállataink takarmányához premixek formájában szelénvegyületeket is kevernek, és így vészes szelénhiányról hazánkban nincs szó.

A mondottak után szeretnénk megindokolni, hogy milyen vegyületek formájában és hogyan hat a szelén az emberek egészségére. Mintegy 30 éve sikerült bebizonyítani, hogy a glutation-peroxidáz néven ismert enzim szeléntartalmú és szelénhiány esetén ez az enzim a szervezet számára nélkülözhetetlen szerepét nem tudja betölteni. Szelén, illetôleg a glutation-peroxidáz hiányában szívizomgyulladás lép fel, amely minden ember, de a Kínában szerzett tapasztalatok szerint elsôsorban a fiatal anyák és a csecsemôk esetében súlyos betegséget okoz, majd halálhoz vezet. A szelén, illetôleg az említett szeléntartalmú enzim hiányakor olyan peroxidációs folyamatok indulnak meg, amelyek a szívizom szöveteinek elhalásához és végül az egyén pusztulásához vezetnek (e betegséget Kína egyik tartományáról Keshan-kórnak nevezték el).

Mint a bevezetô mondatban is jeleztük, a szelén valóban különös jelentôséggel rendelkezô mikroelem: az utolsó 10 évben megjelent mikroelem-publikációknak mintegy 25%-a a szelén élettani hatásával foglalkozik. A különbözô országok kutatói komoly energiát fektettek abba, hogy szeléntartalmú makromolekulákat találjanak az élôlények szervezetében és azok vizsgálatával igazolják a szelén élettani hatásait. A különbözô közlemények alapján mintegy 8-10 ilyen vegyületet ismer a tudomány, amelynek jelentôsége van, illetôleg lehet az életfolyamatokban. Ezekbôl most egy dolgot emelünk ki. Zaire - most már újabban Kongó - a törzsi zavargások miatt a napi hírekben szereplô afrikai állam arról is közismert, hogy az állam nagyobb részében szelén- és egyben jódhiány található. Az ottani beteg emberek vizsgálata során jöttek rá a kutatók, hogy a pajzsmirigy mûködéséhez is szükség van egy szeléntartalmú enzimre, melyet jodotironin 5-dejodináz néven tartanak számon, amely a pajzsmirigy jódanyagcseréjét szabályozza. Ezek szerint nemcsak a jódhiány, hanem a szelénhiány is pajzsmirigy-rendellenességekhez, súlyos esetben halálhoz vezethet.

Az Egyesült Államok egyik híres kutatóintézetében (Beltsville, Maryland állam) dolgozik O. A. Levander, aki a WHO által kiadott legutóbbi könyvben a szelénrôl szóló fejezet szerzôje volt. 1995-ben két nemzetközi konferencián is elôadást tartott egy nagyon érdekes tudományos hipotézisrôl, amely szerint nem lehet véletlen, hogy az Európában is komoly egészségügyi problémákat okozó influenzajárványok a Távol-Keletrôl, elsôsorban Kína szelénben nagyon szegény területeirôl indultak el. Ez más szavakkal úgy is fogalmazható, hogy az intluenzavírus elterjedésének és tömeges térhódításának a szelénhiányos környezet kifejezetten kedvez. Az elôadásokban arról is szó esett, hogy korunk egyik új, nagyon veszedelmes kórokozója, az Ebola vírus Zaire (Kongó) - szelénben és jódban szegény - területeirôl kezdett elterjedni. Ezek szerint nem tarthatjuk kizártnak, hogy néhány vírus képzôdése és élettani virulenciája kapcsolatban áll a mikroelemekkel történô ellátottsággal: jelen esetben a szelénellátottság mértékével.

A Keshan-betegség mellett közismerten létezô Beck-Kashin betegség is elsôsorban a szelénhiányra vezethetô vissza. A betegség kutatásában jelentôs szerepet játszó elsô szerzô egyik közleményében (6) a következôket írja: "Ezek az új eredmények arra utalnak, hogy a szelén, illetôleg az E-vitamin hiánya jelentôs szerepet játszhat abban, hogy vírusfertôzés alakuljon ki. Ennek egyik lehetôsége az, hogy megváltoznak a vírus korábbi genetikai jellemzôi, és ennek igen nagy közegészségügyi jelentôsége lehet. Ha ezeket a jelenségeket általánosítani lehet más RNS-vírusokra, mint amilyenek felelôsek több influenzajárványért, a fertôzô májgyulladásért, a gyermekbénulásért, vagy az AIDS terjedéséért, akkor az említett betegségek gyógyításában is komoly reményeket lehet táplálni. Az ilyen felfedezések nyomán szelénben dúsabb táplálékok fogyasztására történtek ajánlások, hogy így a fertôzéseket meg lehessen akadályozni még olyan esetekben is, amikor a szelénellátottságot egyébként megfelelônek lehetne értékelni."

A szerzô nyomatékosan aláhúzza, hogy Levander hivatkozott elôadásaiban a vírusgenetikában bekövetkezô változásokról, mint munkahipotézisrôl beszélt, amely elôreviheti a vírusbetegségek elleni egészségügyi küzdelmet. Itt tehát a szelén nem bizonyított hatásáról, hanem a reményekre jogosító felhasználástól kell egyelôre beszélnünk!

A peroxidációs folyamatokról. A tudományos irodalomban mintegy 10 év óta egyre többet olvashatunk arról, hogy sok emberi betegség, így az AIDS hátterében is szabadgyökös mechanizmuson alapuló peroxidációs folyamatok állanak. Ezeket a folyamatokat különbözô antioxidánsokkal, így a szelént tartalmazó glutation-peroxidázzal, a C-, az E- és az A-vitaminokkal, továbbá ezek analóg vegyületeivel (például a béta-karotinnal) gátolni lehet. Tudományos korrektséggel még senki sem tudta bizonyítani, hogy az AIDS terjedéséért elsôdlegesen felelôs HIV-vírus gátlásában a szeléntartalmú, vagy más antioxidáns anyagok bizonyítottan megelôzô, illetôleg gyógyító hatásúak lennének, de a kutatás sok-sok részeredménye az ilyen típusú anyagok elônyös hatását valószínûsíti.

A mikroelem-szakirodalomban is egyre jobban terjednek olyan nézetek, hogy a mikroelemek egy részét a peroxidációs folyamatokat elôsegítô, prooxidációs elemek közé (Al, Fe, V, Cr), másokat pedig, amelyek a peroxidációs folyamatokat gátló enzimek vagy más vegyületek komponensei, az antioxidációs elemek csoportjába lehet sorolni (Se, Zn, Mn, Ti).

Feltehetôen "megdöbbenést" keltett, hogy a minden élôlény számára nélkülözhetetlen vas a károsnak minôsített prooxidáns mikroelemek közé tartozik, vagy olyan elemeket is ide szoktak sorolni, amelyek oxidációs állapotukat közismerten nem változtatják: ilyen a prooxidánsok között az alumínium, az antioxidáns elemek között pedig a cink. Le kell szögeznünk, hogy minden merev csoportosítást hibásnak kell tekintenünk: mint látni fogjuk a prooxidánsok a körülményektôl függôen lehetnek antioxidánsok és viszont.

Az Egyesült Államokban 1995 áprilisában egy igen érdekes és fontos konferenciát tartottak "Az antioxidáns vitaminok prooxidációs hatásai" címmel. A nyomtatásban is megjelent anyagból most V. Herbert bevezetô elôadására és egyik cikkére szeretnénk részletesebben kitérni.

Az elsô cikkben Herbert a következôket írja: "Minden antioxidáns, ideértve az antioxidáns vitaminokat is, olyan redoxiágens, amely az esetek jelentôs részében a szabad gyökök által okozható folyamatokkal szemben védelmet nyújt, más esetben azonban szabad gyökök képzôdését gerjesztheti". Ezért éles különbség tételét ajánlja a táplálékokban (például a gyümölcsökben stb.) redukált és oxidált formában egyidejûleg jelenlévô C-vitamin, valamint a gyógyszeres tablettákban lévô, csak redukált formájú C-vitamin között.

A cikk második részében a következôkrôl olvashatunk: "Maguk a szabad gyökök sem tekinthetôk egyértelmûen károsnak, hiszen több szabad gyök vezérli életünk jó néhány, elônyös élettani folyamatát". A lélegzés közben a szervezetbe kerülô oxigén nélkül képtelenek volnánk élni, de ennek "ára van": az oxigénbôl ugyanis olyan szabad gyökök is képzôdnek, amelyek az egészségre kifejezetten károsak!

A cikk végén - R. Klausner munkájára hivatkozva - arról is szó esik, hogy a tüdôrák megelôzésében jelentôs faktornak tartott béta-karotin igen nagy létszámmal dolgozó humán kísérletek tanúsága szerint egyáltalán nem váltotta be a hozzá fûzött reményeket, sôt statisztikusan negatív hatást mutatott.

A második cikkben arról olvashatunk, hogy a gyógyszerként szedett C-vitamin készítmény a szervezetben elôforduló vas(III)-ionokat vas-ionokká redukálja. Ez utóbbiak viszont - adott feltételek között - alkalmasak arra, hogy káros szabad gyökök "miriádjait" hozzák létre, vagyis az általában antioxidáns és a szabad gyökök képzôdését gátló magatartás az ellenkezô végletbe csap át: a szabad vas(II)-ionok és a redukáló C-vitamin együtt nem antioxidáns, hanem prooxidáns szerepet töltenek be és így az emberi szervezet számára komoly veszélyt is jelenthetnek.

Ugyancsak a közelmúltban megjelent közleményben- Hoffman arról ír, hogy az általában antioxidáns hatású szelén a kívánatosnál nagyobb koncentrációban toxikus és oxidatív stresszhatások kiváltására képes. Így érthetjük meg igazán - a korábban említett ábrához visszatérve - azt, hogy az antioxidáns anyagok prooxidánsként is viselkedhetnek és ezért van az, hogy a nagyobb mennyiségben mérgezô és rákkeltô szelén kis mennyiségben létfontosságú és rákellenes szerként kezelhetô!

A mikroelemekkel történô ellátás szempontjából sem helyesek tehát az egyoldalú, kategorikus vélemények: az emberi egészség szempontjából minden paramétert egyidejûleg és gondosan kell mérlegelnünk. A vegetáriánus életmód például sok tekintetben egészségesebb, mint a sok húst és zsírt tartalmazó étrend, de mivel az elôbbibôl is hiányzik néhány olyan komponens, amely a szervezet zavartalan mûködéséhez szükséges, egyedül üdvözítô megoldásnak semmi esetre sem tekinthetjük. Ugyanez érvényes a vitaminok és a mikroelemek "szedésére": csak akkor és csak annyit, amit a szervezetünk feltétlenül igényel!

Forrás: http://www.termeszetvilaga.hu/tv9709/se.html

Miért mérgező a higany?

kkkiadmin, 2011, január 24 - 12:27

Sigrid Griet Eeckhout aki a franciaországi Grenoble-ben működő European Synchrotron Radiation Facility (Európai Szinkrotron-sugárzási Létesítmény) munkatársa, azt vizsgálja, hogy miért mérgezőek a higanyvegyületek – és hogyan lehet megoldani a talányt a röntgensugarak alkalmazásával.

A kémiai elemek 75 %-a a fémek közé tartozik. Egymással és egyes nem-fémes elemekkel ötvözeteket alkotnak és széles körben alkalmazzák őket, pl. autók, számítógépek, utak vagy hidak gyártásánál. Az ősi civilizációk a fémek, nevezetesen az arany, az ezüst, a réz, a higany, az ón, a vas és az ólom használatára alapultak. Az aranyat i.e. 6000 körül fedezték fel, higanyt pedig már az i.e.1600-as évekből származó sírokban találtak. Az ókori görögök a higanyt gyógykenőcsökben, a rómaiak pedig kozmetikumokban használták. Az ipari korszak kezdete óta a fémek lassan bekerülnek a környezetbe és felhalmozódnak a talajban, az üledékben és a felszíni vizekben.

Sok fém esetében már egészen kis mennyiségek jelenlétének van ökológiai jelentősége, ugyanis a fémek egy része vagy élettanilag fontos vagy mérgező. Az élettanilag nélkülözhetetlen nyomelemek közé tartozik a magnézium, a mangán, a réz és a cink, némelyik közülük nagyobb koncentrációban mérgező. Más elemek, közöttük a nehézfémek, mint például a higany, a kadmium, az arzén és az ólom már kis koncentrációban is erősen mérgezőek. Mivel az ipar széles körben használja ezeket, komoly veszélyt jelentenek a környezetre. A higany csak 0,1%-nál kisebb koncentrációban van jelen a környezetben, mégis nagyon erősen mérgező, mert a különféle enzimek és fehérjék funkciós csoportjához kapcsolódik, így gátolja, vagy megváltoztatja ezeknek a kulcsfontosságú vegyületeknek a működését. A higanyt több helyen alkalmazzák, többek között az arany kinyerésénél, a fogtömésekhez használt amalgám ötvözetben, valamint a hőmérőkben, a termosztátokban, a relékben, a kapcsolókban, a nyomásmérőkben, és más tudományos mérőeszközökben. A fém mérgező hatása miatt a higanyos lázmérőket nagyrészt száműzték a kórházakból.

A higany nyomelem, amely a természetben elemi állapotban és vegyületben is előfordul (HgS azaz cinóber).

Az emberi tevékenység következtében is bekerülhet a természetbe: a vegyületeit a mezőgazdaságban gombaölőszerként alkalmazzák, az elemi higanyt fémek bányászatánál és olvasztásánál használják, valamint a műanyaggyártásnál. A szeméttelepeken is előfordul. A legtöbb higany a fosszilis energiahordozók elégetése során kerül a talajba, az üledékbe és a felszíni vizekbe. Ez a könnyen párolgó fém nagy távolságba eljut légnemű állapotban illetve a porszemek felületére tapadva. A gázhalmazállapotú higany egy évig is a légkörben maradhat, mielőtt a csapadékkal a talajra hullik.

A felszínre kerülve a fémek és a félfémek (olyan elemek, amelyek fémes és nemfémes tulajdonságokkal egyaránt rendelkeznek) gyorsan átalakulnak a bio-geokémiai folyamatok során a talajban, amely kövek, termőtalaj, víz, levegő és élő szervezetek keveréke.

A bio-geokémiai folyamatok megváltoztatják az atomok elektronszerkezetét és ezzel az oldhatóságát, mobilitását, felszívódó képességét és mérgező hatását. Szabályként megjegyezhetjük, hogy minél kevésbé oldódik egy anyag, annál kevésbé lehet mérgező. Ezért ha a vízben oldható vegyületet akár a helyszínen, akár a szemétlerakóban oldhatatlanná alakítják, ezzel csökkentik a veszélyes nehézfémek élő szervezetekre és a környezetre gyakorolt káros hatását.

A mikroorganizmusok a fémeket redoxi reakciók és más kémiai folyamatok során alakítják át. Például egy másik nehézfém, a króm a természetben kétféle oxidációs állapotban van jelen: az egyik, a hatos oxidációs állapotú Cr(VI) erősen mérgező, vízben oldódik. Ha ebből aránylag nagy mennyiség kerül az emberi szervezetbe, az gyomorpanaszokat, fekélyt, vese- és májkárosodást, görcsös rángatózást, különféle rákos megbetegedéseket, sőt halált is okozhat. A hármas oxidációs állapotú Cr(III) azonban létfontosságú nyomelem, amely a szervezetben segíti a szénhidrátok, a fehérjék és a zsírok lebontását. A Cr(III) nem oldódik vízben. Ha a mikroorganizmusok a Cr(VI) formát Cr(III)-á redukálják, akkor vízben oldhatatlanná teszik, ezért az nem szívódik fel az élő szervezetekben és nem lesz többé mérgezőw1.

Az oxidációs állapot átalakulása azonban másféleképpen is törénhet. A talajban a baktériumok a higany kevésbé mérgező szervetlen vegyületeit át tudják alakítani erősebben mérgező szerves vegyületeivé. Ennél a folyamatnál, amit metilációnak nevezünk, a vegyület egyik atomját, általában a hidrogénatomot egy metilcsoport (-CH3) helyettesíti. Így pozitív töltésű higanymetil-ion (CH3Hg+) keletkezik, amely azután összekapcsolódhat anionokkal, például klorid-ionnal (Cl-), hidroxid-ionnal (OH-) vagy nitrát-ionnal (NO3-).

Amikor a higany higanymetillé alakul át, egy olyan vegyület keletkezik, amely lipofil tulajdonságú, vagyis zsírban oldódik és így keresztül tud hatolni a sejtmembránon, a vér-agy-gáton és a placentán. Szerves vegyület összetevőjeként be tud kerülni a táplálékláncba, és fel tud halmozódni a halakban, a halevő állatokban és az emberben. Másféleképpen megfogalmazva: a kevésbé mérgező szervetlen higanyvegyületből szerves higanyvegyület keletkezik, amely felszívódhat az élő szervezetekben és mérgező azok számára.

Hogyan alakul át a kevésbé mérgező szervetlen higanyvegyület mérgező szerves higanyvegyületté? Svéd és amerikai kutatók a szinkrotronsugárzás segítségével az Európai Szinkrotron-sugárzási Létesítményben (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) meghatározták a higany speciációját, vagyis oxidációs állapotát a természetben jelentős mennyiségben előforduló szerves higanyvegyületeknél a röntgen abszorpciós spektroszkópia (XAS) alkalmazásával (ld. a kiegészítő anyagot box).

Úgy találták, hogy a higany a talajban lévő szerves molekulákban kétféle kéntartalmú atomcsoporthoz kötődik. Ezek közül a tiol (-SH) a fontosabb. A tiol csoport az alkoholokra jellemző hidroxilcsoport (-OH) kén tartalmú megfelelője. A laboratóriumi vizsgálatok azt mutatták, hogy az oldatok szervetlen higany-tiol és higany-szulfid tartalmától függ a metiláció mértéke. Ez azt jelenti, hogy amikor a higany a természetes szerves vegyületek tiol csoportjához kapcsolódik, akkor a környezetben előforduló metiláló baktériumok számára elérhetővé válik. Ezen felül, mivel a higany-tiol komplexek vízben oldhatóak, a talajban elvádorolhatnak olyan helyekre is, ahol a metiláló baktériumok élnek.

A következő lépés az, hogy kiderítsük, hogy mi a szerepük a higany mérgező formába alakításában a különböző kéntartalmú vegyületeknek, amelyek gyakran megtalálhatók a talaj szerves anyagában.

A röntgensugár abszorpciós spektroszkópiát (XAS) nemrégen használják a higany speciációjának megállapítására. Ez nagy előrelépés a korábbi folyékony fázisban elvégzett biokémiai módszerekhez képest. Ezzel a módszerrel már alacsony higany-koncentráció (0,1 gramm higany/ 1000 gramm talaj) is mérhető.

Nehéz megfejteni a környezetben nyomokban előforduló fémek és az átmeneti fémek kémiai viselkedését, mivel bonyolult szerkezetű összetett rendszerekben találhatók. A szinkrotron sugárforrások fejlődésével, amelyek intenzív röntgensugárzást használnak és nagyobb térbeli felbontást tesznek lehetővé, a tudósok meg tudják határozni, hogy a fémek milyen formában és milyen eloszlásban fordulnak elő egy heterogén rendszerben, például a talajban, a növényekben, vagy az ásvány-mikróba-fém kapcsolatokban. Ennek érdekében három mikroanalitikai módszert alkalmaznak együtt. A mikro-röntgensugár-flureszcencia (ld. a háttéranyagban) alkalmazásával fel tudják térképezni a különböző fémek eloszlását és kapcsolódásait. Azután a fémet tartalmazó anyagot (például agyagot vagy ásványt) mikro- röntgensugár-diffrakcióval és mikro-XAS módszerrel vizsgálják. A diffrakciós mintázat megmutatja az anyag belső szerkezetét. A különböző összetevők lineáris kombinációjával határozzák meg az összetevők arányát az anyagmintában (más szavakkal, meghatározzák, hogy milyen mértékben járul hozzá a spektrumhoz.).

Összegezve, a röntgen-technikák, amelyeknél szinkrotron-sugárzást használnak, különösen alkalmasak arra, hogy a segítségükkel meghatározzák, hogy a fémek milyen formában és milyen eloszlásban fordulnak elő a talajban, az üledékben és a felszíni vizekben. Ha már tudjuk, hogy a fém milyen oxidációs állapotban fordul elő, akkor tudjuk megakadályozni, hogy oldódjon és az élőlények szervezetébe kerüljön. Mivel a Föld lakossága és a termelés folytosan növekszik, különösen a fejlődő országokban, a fémek iránti kereslet is nő. Ezért növekedni fog a talaj és a víz fémszennyezettsége. Mivel ez nagy veszélyt jelent az emberek egészségére és a környezet minőségére, ezért nagyon fontos, hogy figyelemmel kövessük a környezet állapotát.

Forrás: http://www.scienceinschool.org/print/1859

Csatornák a sejtmembránban

kkkiadmin, 2011, január 24 - 12:16

[View]

Az élőlények legkisebb, önálló működési egysége a sejt. A sejtek önálló anyagcserével és önálló szaporodási képességgel rendelkeznek. Környezetüktől történő elhatárolódásukat és a sejt belső környezetének állandóságát a sejtmembrán biztosítja, amely egy lipid (pontosabban foszfolipid) kettősrétegből épül fel. A sejtmembrán lipidjeinek karbonsav része poláris, hidrofób, azaz víztaszító tulajdonságú, ennek köszönhetően a víz számára átjárhatatlan.

A sejtmembrán felépítése
A piros színnel jelölt foszfolipidmolekulák két részből, egy foszforsavat tartalmazó feji (piros gömböcskék) és egy karbonsavat (2 lánc, gömböcskékből kiinduló két szál) tartalmazó farki részből állnak.
A sárga színnel jelölt molekulák a membrán fehérjéi, amelyek a transzport folyamatokért is felelősek.

A sejt megfelelő működéséhez tápanyagokra és információkra van szüksége, amelyek ionok és kisebb molekulák formájában érkeznek. Jogosan merül fel a kérdés, hogyan képesek ezek az ionok és molekulák átjutni a lipid kettősrétegen? A sejtmembránban fehérjék figyelhetőek meg, amelyek egy része teljesen átéri a membránt, így képes a sejten kívüli térből anyagokat szállítani a sejt belsejébe, illetve ellenkezőleg. Ezeket a fehérjéket transzportfehérjéknek nevezzük. A transzportfehérjéknek több típusa ismeretes, közülük az utóbbi évek kutatásai alapján legismertebbé az ún. csatorna fehérjék váltak.

Ez év októberében a Nobel-díj Bizottság az idei kémiai Nobel-díjat annak a két kutatónak (Peter Agre és Roderick MacKinnon) ítélte, akik a legnagyobb felfedezést tették a csatorna fehérjék kutatása terén.

Peter Agre (balra) és Roderick MacKinnon (jobbra)

Előzmények
Már a XIX. században is biztosak voltak abban, hogy a sejtmembránon léteznek apró rések, amelyek bizonyos anyagok áramlását lehetővé teszik. Wilhelm Ostwald 1890-ben rájött, hogy a szövetek elektromos jeleit olyan ionok okozzák, amelyek ki-be áramlanak a sejt membránján (felfedezéséért 1909-ben kémiai Nobel-díjat kapott). Az 1950-es években megfigyelték, hogy a sejtmembránon több százmillió vízmolekula képes átáramlani másodpercenként. Az 1963-as orvosi Nobel-díj díjazottai (Alan Hodgkin és Andrew Huxley) az idegsejtek elektromos ingerületének megfigyelésekor megállapították, hogy a sejtmembrán csatornái szelektívek, különböző mértékben engedik át a kálium-, illetve a nátriumionokat. A szelektivitásra sokáig nem volt magyarázat, hisz a káliumion nagyobb, mint a nátriumion, mégis könnyebben jut át a sejt határoló rendszerén.

P. Agre a 80-as évek közepén vörösvértestek membránfehérjéit tanulmányozta. Kísérletei során megfigyelte, hogy bizonyos membránfehérjék hiánya megakadályozza a víz sejtekbe jutását. Feltérképezte a fehérjék aminosav sorrendjét, majd az ezeknek megfelelő DNS-lánc nukleotid sorrendjét. R. MacKinnon 1998-ban tette közzé először az ionok áramlását biztosító ioncsatornák kémiai szerkezetét, természetesen ezeket is fehérjék alkotják. Kettőjük kutatási eredménye egy teljesen új kutatási területet hívott életre. Napjainkban már közel 100 csatorna fehérjét ismerünk, és a Nobel-díjjal kitüntetett kutatóknak köszönhetően ezek működésére is fény derült.

A víz sejtmembránon történő átjutása az aquaporin fehérjéknek köszönhető. Az említett fehérjéből az élőlényekben minimum 11 féle ismert, többek közt aquaporin fehérjék biztosítják a vese nefronjaiban a víz- és bizonyos ionok visszaszívását. Az aquaporin alkotta fehérjecsatorna belseje pozitív töltésű, amely az energetikailag fontos (pozitív töltésű) oxóniumion (H3O+) kijutását megakadályozza, viszont a semleges vízmolekulák sejtbe jutását biztosítja.

A vízcsatorna felépítése

A kutatók az ioncsatornák szelektivitására is találtak magyarázatot. A nátrium- és káliumion az élőlényekben többnyire vízmolekulákkal veszi körül magát, ezt hidrátburoknak nevezzük. A hidrátburokban az említett ionok a víz oxigén molekulájával lépnek kölcsönhatásba. Az ioncsatornák szelektivitása szempontjából ez a nátriumion-oxigén, illetve káliumion-oxigén távolság a lényeges. Az ioncsatorna ionszűrőjében is vannak oxigén atomok. A káliumion esetében a filter belsejében a káliumion és az oxigének között pontosan akkora távolság van, mint a hidrátburokkal körülvett káliumion esetében. Ennek, a káliumion-oxigén távolságnak köszönhetően a káliumion átjut a csatornán. A nátriumion kisebb mérete miatt viszont nem tud a szűrő oxigén atomjai közé illeszkedni, így a nátriumion nem jut át a szűrőn.

A felső két kép a kálium- és nátriumiont szemlélteti hidrátburokkal körülvéve. Az alsó két kép a membrán, ion filterében lévő oxigénatomok elhelyezkedését, illetve az ionok illeszkedését mutatja.

Forrás: http://www.langesz.hu/2010/kemia/csatornak-a-sejtmembranban/

A műanyagok

kkkiadmin, 2011, január 24 - 11:29

[View]

A műanyagok története nem tekint vissza hosszú időre: az első műanyagot Charles Goodyear amerikai vegyész (1800–1860) állította elő 1839-ben. Ez tulajdonképpen vulkanizált gumi volt, amely nyers kaucsukot (mint természetes polimert) és ként (mint adalékot) tartalmazott. Azóta hatalmasat fejlődött – és napjainkban is erőteljesen fejlődik – a műanyagipar mára sokféle műanyagot állít elő, rendkívül nagy mennyiségben és sokféle alkalmazási területre. Legfontosabb nyersanyagai a kőolaj, a földgáz és a kőszén, tehát az iparág szorosan kötődik a petrolkémiai és földgáziparhoz.
A műanyagok általánosságban a következő fontosabb előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek: kis sűrűség, kiváló kopási és siklási tulajdonságok, kitűnő korrózió- és vegyszerállóság, rezgésszigetelő és zajcsillapító hatás, valamint kiváló villamos-, hő- és hangszigetelő képesség. Főbb hátránya a rossz hővezető képesség (bizonyos esetekben) és hőbírás. Hazánkban az egy főre eső műanyag-felhasználás ~65 kg, ez kevesebb, mint a fele a fejlett ipari országokénak. A legnagyobb felhasználó a csomagolóipar (~40%), az építőipar (~25%), valamint a háztartások (~10%), illetve a villamos ipar (~10%).

Polimerek, műanyagok
Gyakran egymás szinonimáiként használjuk a polimer és a műanyag kifejezéseket, ez azonban nem pontos. A polimerek ismétlődő egységekből (monomerekből) álló nagyméretű molekulák, amelyek a polimerizáció során jönnek létre, és amelyekben az egyes egységeket kémiai kötések kapcsolják össze. A polimereket "tisztán" nem használják fel, hanem különféle adalékokat és társítóanyagokat adnak hozzájuk, hogy a tulajdonságaikat javítsák: az így létrejött anyagot nevezzük már műanyagnak. Adalékanyagok például a stabilizátorok, lágyítók, égésgátlók, színezékek; társítóanyagok például a töltő-, erősítőanyagok, az ütésálló adalékok vagy a vezetőképességet biztosítók. Az adalékok és társítók aránya néhány tized és 50 százalék között lehet. A kereskedelmi forgalomban számos műanyag kapható, különösen, ha azt vesszük, hogy azonos polimer esetén is többféle mennyiségű és fajtájú adalék- és társítóanyagot is tartalmazhatnak. Az egyes műanyagoknál a következők adhatnak némi "kapaszkodót" a főbb jellemzők és lehetséges felhasználás tekintetében: a polimer alapanyagául szolgáló monomer; az előállítás módja; a polimer mikroszerkezete (amorf vagy kristályos), valamint az üvegesedési és/vagy olvadási hőmérséklete. A műanyagok csoportosítási módja lehet még a következő: hőre lágyulók, térhálós gyanták és gumik.

Hőre lágyul
Jellemzőjük, hogy hevítés hatására meglágyulnak és nehezen folyó ömledéket alkotnak. Ez a csoport adja a legnagyobb mennyiségben gyártott és alkalmazott, általában olcsó műanyagokat. Legismertebb fajtája a polietilén (PE), amelyet főleg a csomagolástechnikában használnak, de találkozhatunk vele kábelszigetelésként, víz- és gázcsövek, valamint padlófűtő csövek anyagaként is. Másik ismertebb fajtája a polisztirol (PS), amelyet a műszer- és járműiparban, valamint a háztartási gépek

gyártásában használnak. A habosított változatát a csomagolástechnikában és az épületek utólagos homlokzati hőszigetelésében alkalmazzák. Az ugyancsak jól ismert poli(vinil-klorid) (PVC) szintén hőre lágyuló műanyag: padlóburkolatot, kü lönféle csöveket, profilokat (műanyag nyílászárók) illetve kábelszigetelést készítenek belőle – sok más (mint például cipőtalp), mellett. Ebbe a csoportba tartozik még a polipropilén (PP, például autóipari műanyagok, csomagolóanyagok és ipari textíliák anyaga), a poliamid (PA, szálak, bevonatok készülnek belőle); polikarbonát (PC, gépés műszeripar); poli(etilén-tereftalát) (PET, fóliák, italospalackok); poli(metilmetakrilát) (PMMA, átlátszó világítótestek – plexi, műszerburkolatok).

Térhálós gyanták
Ezek a műanyagok hő hatására megkeményednek. A felhasználási területük sokkal kisebb, mint a hőre lágyuló műanyagoké, azonban műszaki jelentőségük nagy. Hátrányuk, hogy feldolgozásuk nehézkesebb. Legelső ipari jelentőségű képviselője a fenol-formaldehid gyanta (közismertebb nevén: bakelit) volt. Jellegzetesen sötét színe, és esetenként kellemetlen szaga van (ez utóbbi a formaldehid miatt). Felhasználják például burkolóelemként, ragasztóanyagként, farostlemezek előállításánál. A telítetlen poliészter gyantákat főleg üvegszál-erősítésű anyagok, kompozitok mátrixaként alkalmazzák: például tartályokat, gépjármű karosszériaelemeket, sporteszközöket (kenu, kajak, gördeszka stb.) készítenek belőlük. Jól ismert hőre keményedő műanyagok az epoxigyanták, amelyeket kétkomponensű ragasztóként, öntőgyantaként és kompozitanyagok mátrixaként alkalmaznak. Szintén ebbe a csoportba tartoznak a poliuretánok is, amelyeket főleg hab formájában használnak fel a jármű-, cipő- és bútoriparban (ülések, matracok), valamint szigetelőanyagként az építőiparban (például szendvicspanelekben).

Gumik
Bár térhálós szerkezetűek, azonban a térhálósodás eltérő módja és az eltérő anyagjellemzőik miatt nem soroljuk a térhálós gyanták közé. A gumik felhasználása rendkívül széles körű: tömítések, szigetelőanyagok, tömlők, valamint természetesen a gépjárművek abroncsai készülnek belőle. A gumiipar legfontosabb nyersanyaga a "kaucsuktej" vagy latex, amelyet bizonyos trópusi növényekből nyernek. A természetes kaucsuk izoprén molekulákból áll (poliizoprén), és ez a gumiabroncsok jelentős részének alapanyaga még napjainkban is. A természetes kaucsuk korlátozott mennyisége (és hozzáférhetősége) miatt az első világháború után Németországban kezdték előállítani az első szintetikus kaucsukot (polibutadién), majd később az 1930-as években az Egyesült Államokban egy másik fajtáját (polikloroprén),.
A természetes kaucsukot teljes mértékben helyettesítő műkaucsukot csak az 1950-es évek közepére sikerült előállítani. Ezek az anyagok mára a természetes kaucsuk szilárdsági és kopásállósági jellemzőit már megközelítik, egyes tulajdonságait pedig messze meghaladják (mint például a fagy-, hő-, vegyszer-, olaj-, öregedés-, fény-, ózonállóság). Magasabb áruk miatt azonban elsősorban különleges felhasználási területeken alkalmazzák őket.

Környezetvédelem
A műanyagokkal kapcsolatban feltétlenül szólni kell azok környezetvédelmi vonatkozásairól, hiszen a különféle műanyag hulladékok a környezetvédők kampányainak gyakori célpontjai. A legtöbb gondot a háztartási csomagolóanyagok okozzák, amelyek sokszor nagyon nagy (és látványos) mennyiségben halmozódnak fel: gondoljunk például a Csendes-óceán áramlatai által "összegyűjtött" többtonnányi műanyag hulladékból álló "Nagy-Csendes-óceáni Szemétszigetre", amelynek területe a különböző becslések szerint 700 ezer és 15 millió km2 között van.
Több országban is elvégzett vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy a dolog ennél jóval árnyaltabb. A vizsgálatok szerint a keletkező összes hulladék tömegének csak néhány százalékát alkotják a háztartási hulladékok (a legtöbb az építőipari, egyéb ipari és a mezőgazdasági hulladék), amelyeken belül a műanyag hulladékok tömege általában nem éri el a 10 százalékot. Az igaz, hogy kisebb sűrűségük miatt jóval nagyobb térfogatot foglalnak el, viszont tömörített lerakásnál még mindig a szemét teljes térfogatának kevesebb mint tíz százalékát teszik ki.
A műanyag hulladékok mennyiségének csökkentésére a következő lehetőségek kínálkoznak: égetés, kémiai lebontás és az újrafeldolgozás. Az égetés viszonylag egyszerű és hatékony módja a műanyag hulladékok megsemmisítésének, és rendszerint energia is kinyerhető a folyamatból (egyes polimerek fűtőértéke az olajénál is nagyobb). Hátránya, hogy az égés során veszélyes anyagok, mint például sósav és dioxin szabadulnak fel.
A kémiai lebontás azt jelenti, hogy kémiai módszerekkel a polimerekből kis(ebb) moltömegű összetevőket hoznak létre, amelyeket később felhasználnak: ipari méretekben egyelőre nem megoldott az alkalmazása. A műanyag hulladékok újrafeldolgozásának "szűk keresztmetszete" a gyűjtés, válogatás és tisztítás (különösen a háztartási hulladékok esetén – azok sokfélesége miatt), ezért inkább az ipari (gyártási) és mezőgazdasági műanyag hulladékok újrafeldolgozása megoldott.

Dr. Berecz Tibor

Flour a fogkrémben

kkkiadmin, 2011, január 21 - 15:47

[View]

Bár a fogszuvasodás oka fél évszázada ismerten és bizonyítottan a finomított szénhidrátok, azaz a különféle iparilag előállított cukorféleségek fogyasztásában keresendő, ezt a fájdalmas tényt se mi cukorfogyasztók, se a fogorvos társadalom nem akarja tudomásul venni. Ennek következtében hol fogszuvasodást okozó baktériumokat talál a tudomány a szánkban, hol az ivóvíz vagy a fogkrémek fluorozásával és a rendszeres, napi sokszori fogmosással próbálja a bajt megelőzni, meglehetősen sikertelenül.

A száj flórája rendkívül gazdag mikroorganizmusokban, amelyek szimbiózisban élnek az emberi szervezettel. A szájban található milliónyi baktérium számára a cukor tápanyagként szolgál, amelyet anyagcseréjükben egy rendkívül agresszív savvá alakítanak át. Ez a sav megtámadja a fogzománcot, ásványi sókat old ki belőle. A folyamat néhány perccel a cukor szájba kerülése után kezdődik és órákon át eltart.

1976-ban, a német kormány által kiadott Táplálkozási Jelentésben mindez a következőképpen szerepel: "Cukor nélkül nincs fogszuvasodás".
"Az 5 millió német iskolás gyermeknek évente 15 millió lyuk keletkezik a fogain ... Egész fogak letörése nagy dentinrészek szuvasodása következtében, valamint a foggyökércsatorna gyulladása 50 éves korig még mindig a fogvesztés fő okaként szerepel. Félrevezető szépítés lenne elhallgatni, hogy a pusztulás a cukorfogyasztás közvetlen következménye."

Az amerikai dr. Weston Price több évtizedes kutatásai alátámasztják a fenti kijelentést.
A cukorról lemondani azonban rendkívül nehéz, sőt egyre nehezebb. Míg a magyar lakosság 100 évvel ezelőtt 2 kg cukrot fogyasztott fejenként és évente, addig a háború előtt 10 kg-ot, ma pedig 50 kg-ot nassolunk el. Így, legalábbis cukorfogyasztásban, világelsők lettünk.
A fogszuvasodást fluorral megelőzni kívánó kísérlet ezt a keserű igazságot próbálja megkerülni.
A fluor kedvező hatására vonatkozó első próbálkozások a 40-es évekből származnak, amelyek tudományosan több helyen is megkérdőjelezhetően bizonyították a fluor fogyasztásának a fogszuvasodásra gyakorolt pozitív hatását. Az azóta Amerika és Európa több városában is bevezetett ivóvíz fluorozás ezeket a feltételezéseket egyáltalán nem támasztotta alá. Az időközben összegyűlt adatok birtokában ugyanakkor a fluorozás olyan mellékhatásaira derült fény, amelyek miatt Európa számos országában az ivóvíz fluorozása betiltásra került.

A kezdetekről így ír az amerikai dr. Harvey I. Petraborg:
"Amikor egy iparág eladási nehézségekkel küzd,... Pittsburgben a Mellon-Institut-hoz fordulhat termékeinek új eladási

területek felkutatásáért. 1950-ben az amerikai alumínium és acélipar nagy mennyiségű eladhatatlan fluorvegyület melléktermékkel rendelkezett, amelyeket további felhasználhatóság híján a folyókba vezettek. 1950 decemberében azonban, az alumínium ipart magas bírságra ítélték a Columbia folyóba vezetett nátriumfluorid által előidézett nagyméretű halpusztulás miatt. A naponta felgyülemlő fluorid melléktermékeknek új felhasználási területet kellett találni. Egy részüket patkány és rovarölésre használták fel, de ez a mennyiség kevés volt, és nem oldotta meg a problémát. Azokból, a már említett Melon-Institut-tól egy bizonyos Gerald G. Cox lett megbízva azzal a feladattal, hogy a fluor értékesítési problémáira megoldást találjon. Ez az úr visszaemlékezett arra, hogy a fluor a fogszuvasodást megakadályozza, és ennek megfelelő megoldást ajánlott a fluor melléktermékekre. Ennek véghezvitelére meg kellett győznie a tudományos világot arról, hogy a fluor jó a fogaknak és az egészséget nem károsítja. Amit addig szakmai körökben a fluor hatásairól tudtak - fluor mint az egyik legmérgezőbb vegyület volt ismert - el kellett felejteni, és a nagyközönséggel el kellett hitetni, hogy a fluor nem méreg, hanem egy szükséges hatóanyag. Ez valóban meg is történt. Cox-nak kapcsolatai voltak a fogorvos társadalommal és a Nemzeti Kutató Tanáccsal (NRC). Ezek az emberek jelentős kutatási pénzeket kaptak az ipartól. Így történhetett meg az, hogy a fluor mint tápanyag deklarálva lett."

Holott a fluor volt és maradt az egyik legerősebb méreg. Bár a fluor szinte minden természetes élelmiszerben előfordul, az izolált, kémiai folyamatok által nyert anyag az emberi szervezetben egészen más hatást mutat, mint természetes környezetébe ágyazva. Ez a jelenség csakúgy megfigyelhető az izolált cukroknál, mint a manapság rendkívüli módon elterjedt, gyakran szintén természetes eredettel rendelkező E-számoknál.

A fluor szélesspektrumú enzimméreg, amely hatása 24 enzimen bizonyított. "A vízoldékony fluoridok gyorsan szívódnak fel, minden szövetben szétoszlanak, és felhalmozódnak a vérben, az anyatejben, a szervekben és csontokban, áthatolnak a placentán. Már rendkívül alacsony koncentrációkban is blokkolni képesek fontos enzimreakciókat. A teljes mineralizáció kedvezőtlenül befolyásolódik a fluor által, miközben a kalciummal történő kapcsolódása által a csontok mészképződésének gátlása és hypokalcémia léphet fel. A fluoridok felvétele így allergiákhoz, az enzimblokkoláson keresztül szívizom sérülésekhez, csont elváltozásokhoz és gyerekeknél a vérkép károsodásához vezethet." Írja dr. Karl-Heinz Wagner professzor a Giessen-i Egyetem Táplálkozás Tudományi Intézete igazgatója.

A fluor, amennyiben a levegőbe kerül, a tüdőrák valószínűségét fokozza. Egy újfundlandi fluor bányában, 30 év alatt a dolgozók 21.8%-a halt meg tüdőrákban. Azonban a vízoldékony fluoridok is rákkeltőek. Grand Rapidban, az első fluorozott ivóvizű városban a rák előfordulási gyakorisága 40%-al volt magasabb, mint például Michiganben. Ugyanez a jelenség volt megfigyelhető a legerősebben fluorozott városnál, Wisconsinnél is. Egyéb amerikai, fluorozott vizű nagyvárosokban a rák halálozás 15%-al megnövekedett a nem fluorozott vizű városokhoz képest.

H. T. Dean, az "ivóvíz fluorozás atyja" a fogakra vonatkozóan aláírja, hogy fluorozás nyomán a megvizsgált gyermekek 10-20%-ánál foltok tapasztalhatók a fogakon. Ez a dentalfluorozisnak nevezett jelenség a fogak foltokban történő, barnás-feketés elszíneződéséhez vezet, amely jele az enzimkárosodásnak, a fogak strukturális megváltozásának. A fogzománc gyengébb lesz, a fognyak szintén, fogínygyulladás figyelhető meg, valamint a fogak meglazulása, továbbá a körmök törékenyebbé válása. A fluor ugyanakkor nem javítja, hanem rontja a fogszuvasodási statisztikákat, amely egyértelműen kiderül a fluorozott vizű városok erre vonatkozó adataiból. A fluor kumulációs méreg, azaz egyszeri elfogyasztott mennyisége nem mérvadó hatása tekintetében , hiszen a szervezetben felhalmozódik, kumulálódik.

A fogkrémek fluorozása a fluor fogainkra gyakorolt pozitív hatásának feltételezéséből táplálkozik. Mivel azonban se a fluor fogainkra gyakorolt hatásáról, se a fluor ártalmatlanságáról gondoltak nem állják meg helyüket, a fluor felhasználását a fogkrémekben a kritikusabb gyártók beszüntették. Így a gyógynövény alapú, kemikáliákat nem tartalmazó fogkrémekben a fluor sem fordul elő. Sajnos ezek a krémek a magyar piacon kevesebb, mint kisebbségben vannak, azonban Nyugat-Európában, a bio mozgalom terjedése e fogkrémeknél is érezteti hatását. A biológiai termesztésből származó, gyógynövény alapú fogkrémek túlnyomó többsége nem tartalmaz fluort, amely szemlélet, a biodinamikus fejlődését véve alapul, lassan benyomulhat a hagyományos gyártmányok közé is.

Forrás: http://www.ketezeregy.hu/egeszseg/fluor

Hulladékból metanol

kkkiadmin, 2011, január 21 - 14:44

[View]

Magyarországon a háztartások annyi hulladékot termelnek egy év alatt, hogy meg lehetne tölteni vele ezer focipályát tízméteres magasságig. Raisz Iván egyetemi docens, az év feltalálója, tudja, mit lehetne tenni, hogy a teljes mennyiség hasznosuljon. Ötletének megvalósulásával Magyarország egy év alatt termelődött kommunális hulladékát annyi metilalkohollá lehetne alakítani, amit ha üzemanyagnak használnánk, elég volna a magyar lakosságnak egy év autózáshoz.

Raisz Iván Barta Istvánnal közösen vette át az év feltalálójának díját, amit az nyerhet el, aki külföldön rendezett találmányi bemutatókon a legsikeresebb magyar résztvevő. Találmányuk lényege, hogy oxigén befúvásával kommunális hulladékot égetnek egy speciális kemencében, végtermékként metilalkohol jön létre, amivel gázmotorokban villamos energia termelhető, használható műanyagok készítéséhez, és üzemanyagnak is kiváló. A melléktermékként keletkezett cseppfolyós szén-dioxid is értékesíthető.

A tudóst régóta foglalkoztatja a hulladékkezelés problematikája, mert rengeteg értékes anyag kerül a kukásautókba. Mivel a fosszilis tüzelőanyagok forrásai kimerülőben vannak, olyan megújuló energiaforrást akart találni, ami folyamatosan rendelkezésre áll.

„Ez nem úgy megy, hogy este nyomott hangulatban alszunk, és egy isteni szikrával reggel boldogan ébredünk, és leírjuk. Rengeteg kísérlet kell hozzá, és az összefüggések vizsgálata” – mesélt arról, hogyann jut el a feltaláló a díjnyertes találmányig.

Amíg léteznek energiafogyasztók, addig kibocsátják nekünk a másodnyersanyagot, ehhez kellett megtalálnia a megfelelő technológiát. Az etilalkohol gyártását kukoricából például nem tartja megfelelő technológiának, mert a folyamat több szén-dioxidot bocsát ki az atmoszférába, mint amennyit megköt, illetve mert az eljárásba befektetett energia nagyobb, mint az előállított etilalkohol energiatartalma.

Raisz Iván tehát egy amúgy is létező probléma, a hatalmas mennyiségben létrejövő kommunális hulladék kezelésére talált egy olyan megoldást, amelynek eredményeként metanol jön létre. Ezt számos célra lehet hasznosítani. Előnye, hogy a károsanyag-kibocsátása szinte elhanyagolható, elégésekor mérges gázok nem jönnek létre, kizárólag szén-dioxid, a lánghőmérséklet nem olyan magas, hogy jelentős legyen a nitrogén-oxid-kibocsátás, katalizátor nélkül is lehet hajtóanyagként használni. A metanol további előnye, hogy nem fagy meg télen, nem kell dermedéscsökkentő adalékanyagokat használni, mint a gázolajban.

A későbbi, akár tömeges alkalmazás szempontjából fontos, hogy a metanollal működő motorok gyártása nem drágább lényegesen, csak a sorozat nagyságától függ, hogy mennyibe kerül majd. Raisz Iván megjegyezte azt is, hogy a két világháború idején Magyarországon is működtek olyan autók, melyeket metanollal, akkori közismertebb nevén faszesszel hajtottak.

Hangsúlyozta, hogy bár a benzinfelhasználásnak megfelelő energia áll rendelkezésre a kommunális hulladékból, az így létrejött metilalkoholt nem feltétlenül kell üzemanyagként hasznosítani. Ha valaki például metanolos helyett inkább elektromos autóval járna, a metilalkohollal lehet inkább villamos energiát termelni.
Szemétből faszesz

A folyamat tehát a következő: a kukásautó beérkezik a telephelyre, először kiválasztják a hulladékból azt, ami nem szerves anyag. A szerves anyagot aprítják, a különböző összetételű hulladékot megfelelő arányban összekeverik, utána tömörítik. A tömörítésre azért van szükség, hogy ne maradjon benne levegő, amivel szükségtelenül nitrogén kerülne be a rendszerbe.

A tömörített darabkák egy gázgenerátorba kerülnek, ahonnan ötszázaléknyi szilárd, üvegesedett salak távozik, ez az a rész, ami nem hasznosítható. A fennmaradó rész szennyezett szintézisgázként távozik. A reakcióhoz vízbontóból nyert oxigént használnak fel.

Mivel hulladék volt az alapanyag, a gáznak feltétlenül lesz sósavtartalma, ezt magas hőmérsékleten megkötik, így a

hőhasznosító és villamosenergia-termelő egységben olcsón lehet előállítani villamos energiát. A szintézisgázból egy gázmotorban szintén elő lehet állítani villamos energiát, amire a víz bontásához van szükség. A sósavat is hasznosítják, ennek létezik környezetkímélő módja, de mivel a szabadalmi eljárás még folyamatban van, erről több részletet nem árult el.

Ezután a gázból a kéntartalmú komponenseket távolítják el szobahőmérsékleten, az így nyert tiszta szintézisgázt vezetik be a szén-dioxid-leválasztóba, a szén-dioxidot cseppfolyós formában tárolják. Ezt egyébként több célra is fel lehet használni, így például üdítőitalba, tűzoltáshoz, védőgázos hegesztéshez.

Érdekesség, hogy a melléktermékként létrejött cseppfolyós szén-dioxid jobb áron értékesíthető, mint a metilalkohol. Raisz Iván érzékeltetésként elmondta, hogy például interneten kilónként 100 forintért lehet metilalkoholt venni, míg ezzel az eljárással csak 30 forintba kerül. Egy kiló metilalkohol energetikailag egyenértékű egy liter benzinnel.

Tehát a fennmaradó, szén-dioxidot már nem tartalmazó szintézisgáz kerül a metanolreaktorba, ahol 1000 fokra hevítés mellett a megfelelő szén-monoxid és hidrogén arány eléréséhez a vízbontásból származó hidrogént is felhasználják. Innen távozik végtermékként a metanol, amit folyékony formában vezetnek ki.
A rendszer sajátosságai

A hidrogéngáz veszélyessége miatt rendkívül komoly biztonsági intézkedések szükségesek egy ilyen rendszer üzemeltetéséhez.

Óriási előnye ugyanakkor, hogy míg minden oxigénfelesleggel történő égetés (így például a szemétégetők) esetében számolni kell azzal, hogy mérgező dioxingázok keletkeznek, ebben az eljárásban ez a probléma fel se merül, mivel itt a hidrogén van feleslegben, tehát nem keletkeznek dioxinok.

A tudós kiemelte azt is, hogy a folyamatban kátrány sem jön létre, mivel „a legszívósabb szerves molekula is már 1000 fok alatt megadja magát”.
Kevesebb hulladék kerül lerakóba

A kommunális hulladék összetétele változó, átlagban azonban azt lehet mondani, hogy a teljes mennyiség 5-10 százaléka az a szervetlen anyag, amit nem lehet a rendszerbe bevinni, ezek az anyagok hulladéklerakóba kerülnek. Emellett a folyamat során további 5-10 százalék körüli üvegesedett salak keletkezik (ez tehát a teljes hulladékmennyiség 90 százalékának az 5-10 százaléka), ami szintén nem hasznosul, így ez is hulladéklerakóba kerül. Ezzel a módszerrel tehát egy hulladéklerakó, amit 20 évre terveztek használni, most 60 évig használható lesz, magyarázta Novák Péter, a találmány megvalósításában partnerként részt vevő AVE Miskolc Környezetvédelmi és Hulladékgazdálkodási Kft. üzemeltetési vezetője, aki egyébként Raisz Iván tanítványa volt a miskolci egyetemen.

Novák Péter beszélt arról is, hogy a rendszert eddig csak laboratóriumban próbálták ki, de 2010-ben várhatóan el tudnak indítani egy évente 2000 tonna kapacitású tesztet, ami napi egy kukásautónyi hulladék feldolgozását jelenti. A beállítások természetesen változhatnak a szemét összetételének vagy az időjárásnak a függvényében, ami befolyásolja a hatásfokot is, de várhatóan egy tonna hulladékból 300 kiló metilalkoholt lehet majd előállítani.

A kísérleti üzem tapasztalatai alapján később több tízezer tonnás kapacitású üzemet lehetne építeni, ehhez azonban szükségesek a mérési adatok. A távlati célok között szerepel a technológia exportálása elsősorban az uniós országokba, de már most is voltak érdeklődők Kínából.

A projekt megvalósításához az EU várhatóan 200 millió forint támogatást nyújt, a beruházás teljes költsége 520 millió forint. A kísérleti üzem egy alapreaktorból és az előkészítő technológiából áll majd, utóbbi egyébként a rendszer drágábbik része. A beruházáshoz szükséges telep már megvan Miskolcon.

Forrás: http://index.hu/belfold/paradicsom/2009/02/07/faszesszel

Bioszervetlen kémia

kkkiadmin, 2011, január 21 - 12:35

[View]

A bioszervetlen kémiai kutatások fellendülése, illetőleg az ebben a multidiszciplináris tudományágban elért eredmények hatással vannak az orvosibiokémiai kutatásokra, sőt, magára az orvoslásra is. A fémtől függő betegségek gyógyításához ismernünk kell, hogy a fémionok milyen kötőhelyekhez kapcsolódnak, s milyenek a kialakuló komplexekben az egyensúlyi és a kinetikai viszonyok. Cikksorozatunk befejező írásában e kapcsolat néhány részletét villantjuk fel.
Az anyagcserereakciók felelősek azért, hogy bizonyos fémionok megfelelő helyeken és megfelelő koncentrációban legyenek jelen. Ha valamelyik anyagcserefolyamatban zavar áll be, akkor a fémionok mennyisége csökkenhet vagy esetleg nemkívánatos mértékben megnőhet, és ennek következtében a szervezet rendes fiziológiai állapota felborul. Számos példa közül az alábbiakban egyebek között a Wilson-kórral foglalkozunk, mivel ennek gyógyításában a komplexkémiai meggondolások nagy szerepet kaptak.

Hogyan gyógyítható a Wilson-kór?

A genetikai eredetű Wilson-kór a réz túlzott mértékű felhalmozódása miatt fejlődik ki. A felnőtt ember szervezete 50–120 milligramm rezet tartalmaz, és ez a fém legnagyobb mennyiségben a májban, az agyban és a vesében található. A szervezetbe bekerülő réz először a szérumalbuminhoz kötődik, majd onnan átkerül a rézanyagcsere szempontjából szintén fontos fehérjébe, a ceruloplazminba. Wilson-kór esetében a szervezetben csökkent mértékű a ceruloplazmin termelődése, s a szérumalbuminhoz kötött réz nem a ceruloplazminba kerül át, hanem első sorban az agy- és a májsejtekhez kötődik, ott halmozódik fel. Ez pedig az agyvelő és a máj súlyos károsodásával jár, és legtöbb esetben a beteg nem éli túl a tizenéves kort.
A feladat tehát az, hogy az említett szervek sejtjeiből eltávolítsuk a rezet. Számos komplexképzővel próbálkoztak, de kiderült, hogy csak a rézionokra specifikus komplexképző alkalmazásával lehet célt érni. A szérumalbuminban specifikus rézkötő helyét.

alálható, ennek ismerjük a kémiai összetételét: három aminosavból épül fel. Ezt a kötőhelyet szintetizálták, és a tripeptidet juttatták intravénásan a betegek szervezetébe. A kezelés hatására a rezet mobilizálni tudták, és így bizonyos mennyiségét eltávolíthatták a szervezetből. Ez a terápia abban az esetben alkalmazható eredményesen, ha a Wilson-kóros állapotot már akkor felismerik, amikor a réz lerakódása az említett szervekben még nem túl nagy mértékű.

Daganatgátló platinakomplexek

A hatvanas évek elején amerikai kutatók azt vizsgálták, hogy milyen hatása van a váltóáramnak az E. coli baktériumok életciklusára. Azt a meglepő megfigyelést tették, hogy áram hatására a sejtosztódás leállt, a sejtnövekedés azonban folytatódott, és hosszú, szálas sejtkonglomerátumok alakultak ki. A további vizsgálatok során tisztázódott, hogy az észlelt biológiai hatásért nem a váltóáram, hanem egy igen kis mennyiségben jelen levő platinakomplex, a c

iszdiklorodiamminplatina(II) (röviden: ciszplatin) a felelős. Ez a komplex a platinaelektródról kis mennyiségben leoldódó platinából képződik a baktériumtenyészet pufferoldatában levő klorid- és ammóniumionok hatására.

Ezek után széles körű kutatások indultak a részletek tisztázására. Rokon összetételű komplexeket állítottak elő, s megállapították, hogy a transzkomplex nem gátolja a sejtosztódást, a negatív töltésű platinakomplexek (például a PtCl2-4) pedig baktériumölő hatásúak (lásd ábránkat).
Megvizsgálták azt is, hogy a ciszplatin összetételének változtatásával hogyan változik a biológiai hatás. Az már ismeretes volt, hogy a cisz-Pt(NH3)2Cl2 komplexben a kloridionok helyettesíthetők más ligandumokkal, a helyettesítési reakciók azonban nem túl gyorsak. Azok a komplexek, amelyek a kloridionok helyett gyorsan cserélhető anionokat (például NO3—) tartalmaznak, mérgezőnek bizonyultak, azok pedig, amelyek nehezen vagy egyáltalán nem helyettesíthető ligandumot tartalmaznak (például SCN—), biológiailag inaktívak voltak. Megállapították azt is, hogy a daganatellenes hatású komplex másik típusú liganduma, az NH3 erősen kell hogy kötődjön a platinához, továbbá hajlamos kell legyen hidrogénkötés létesítésére. Az is fontos feltétel, hogy a komplexnek ne legyen töltése, így ugyanis könnyebben át tud jutni a sejthártyán.

Rendkívül széles körű vizsgálatok folytak annak tisztázására is, hogy milyen módon fejtik ki hatásukat a platinakomplexek. E célból tanulmányozták a ciszplatin és a biológiailag fontos molekulák (például fehérjék, nukleinsavak) közötti kölcsönhatásokat. A vizsgálatokból az derült ki, hogy a ciszplatin a sejtmagban lévő DNS-molekulával lép kapcsolatba; a két kloridion leszakad, és a Pt(NH3)22+-csoport a DNS-hez kapcsolódik. A folyamat minden részlete, egyebek között a kapcsolódás helye ma még nincs egyértelműen tisztázva. Azt azonban megállapították, hogy a ciszplatin a DNS guanin nukleinsavbázisához kapcsolódik legerősebben.
A ciszplatint ma már bizonyos daganattípusok esetében eredményesen alkalmazzák a klinikumban: injekcióval juttatják be a szervezetbe. A komplex nagy része (30–70 százaléka) a plazmafehérjékhez kapcsolódik, és kiürül a szervezetből. A megmaradó részt a vér szállítja, az a sejthártyán átjutva a sejt belsejében lévő kis kloridionkoncentráció következtében átalakul, és a keletkező kloridionokat már nem tartalmazó komplex kötődik a DNS-hez.
A ciszplatint legnagyobb mértékben a vese tartja vissza. A ciszplatin bomlása során felszabaduló ammónia lúgosítja a vizeletet, ennek következtében hosszan tartó kezelés során a vese károsodhat. Ennek elkerülésére az ammóniánál gyengébb bázikus tulajdonságú ligandumot (például pirimidint) építenek be a komplexbe az ammónia helyére.

Forrás: http://www.langesz.hu/2010/kemia/bioszervetlen-kemia/

Mobiltelefon-cellák magyar kémikusoktól

kkkiadmin, 2011, január 20 - 15:54

[View]

A jelenlegi mobiltelefonokban használt akkumulátoroknál jóval hosszabb élettartamú és környezetbarátabb tüzelőanyag-cella kifejlesztésével kísérleteznek az MTA Kémiai Kutatóközpont Nanokémiai és Katalízis Intézetének kutatói. Bár a jelenlegi akkumulátoroktól eltérő elven működő elemeket még egy jó ideig nem használhatjuk mobiltelefonjainkban, a kémikusok azt remélik, hogy a metanol elektrooxidációján alapuló új, úgynevezett direkt metanol tüzelőanyag-cella első működő prototípusa akár egy éven belül elkészülhet.

- A jelenlegi mobiltelefonok akkumulátorait lassan lehet feltölteni. Még a gyors töltésű akkumulátorok esetében is viszonylag sok időre van szükség ehhez. Az általunk fejlesztett cellák töltése viszont pillanatok alatt megoldható lenne egy metanolt tartalmazó, kisméretű patron készülékbe helyezésével – magyarázta a tüzelőanyag-cella működését az ezzel kísérletező kutatócsoport vezetője, az mta.hu-nak. Mint azt Tompos András elmondta, ha a cella elkészül, a mobiltelefonok akkumulátorainak feltöltése tulajdonképpen egyetlen apró alkatrész gyors cseréjével történik majd, nem lesz szükség hálózati áramforrásra. A kutató szerint az újfajta metanol tüzelőcella másik óriási előnye, hogy jóval hosszabb ideig működik, mint a hagyományos, lítium-ion alapú mobil akkumulátor. - A metanol alapú elemmel ellátott mobiltelefonokat akár hónapokig is használhatnánk újratöltés nélkül – hangsúlyozta Tompos András. Ismert a tüzelőanyag-cellák környezetre gyakorolt káros hatása. A kutatók azonban a fejlesztés során erre is figyelmet fordítanak. - A hagyományos cellák veszélyes hulladéknak számítanak, mert gyakran olyan átmeneti fémeket tartalmaznak, amelyek a környezetbe kerülve mérgező hatásúak az élő szervezetekre – magyarázta a kémikus, hozzátéve, hogy a kutatócsoport által fejlesztett tüzelőanyag-cellákban katalizátorként olyan új anyagokat próbálnak ki, amelyek környezeti terhelése is jóval kisebb.

A PEM tüzelőanyag-cella működési elve

-A tüzelőanyag-cella tulajdonképpen egyfajta elem, ami elektromosságot termel. Működési elve a hagyományos galvánelemekhez hasonló, csak esetükben más anyagok vesznek részt a kémiai reakciókban, jellemzően hidrogén vagy a metanol (metil-alkohol). A lényeg azonban ugyanaz: a kémiai energiát elektromos energiává alakítják – magyarázta a tüzelőcellák működését Tompos András. Mint elmondta: sok különböző típusú tüzelőanyag-cella létezik, de kutatócsoportja a polimer elektrolit membrán (PEM) tüzelőanyag-cellákkal kísérletezik. A PEM tüzelőanyag-cellák működéséhez a negatív, illetve pozitív töltésű anód és katód oldal között egy membránra van szükség. Ez a protonok számára átjárható, feladata pedig az, hogy az elektrolízis közben az anódon képződő hidrogénionokat (protonokat), átvigye a katód oldalra. - Az anódon a metanol oxidációja során a protonok mellett elektronok is felszabadulnak, amelyek egy vezetőn keresztüláramolva működtetik azt az elektromos fogyasztót, amelynek ellátása a cella fő funkciója. Ilyen fogyasztó lehet a mobiltelefon is – mondta a kémikus. A folyamat végén az elektron a fogyasztón áthaladva átkerül a cella katód oldalára, ahol az ott lévő oxigénnel, illetve a membránon keresztül átvándorló protonokkal egyesülve vízmolekulát képez. Az így képződő víz jó esetben gőz formájában távozik a rendszerből. - A keletkező víz megfelelő elvezetése a rendszerből szintén komoly mérnöki probléma még – mondta a kutató.

- Reményeink szerint az elem első működő prototípusa egy év múlva elkészül, de hogy odáig eljussunk, valódi tüzelőanyag-cellákban is vizsgálni kell majd az általunk fejlesztett elektrokatalizátorok működését – hangsúlyozta a Kémiai Intézet munkatársa. Mint elmondta: egy tajvani céggel kötött megbízásos szerződés keretében, kutatócsoportja a teljes tüzelőanyag-cellából csak a katalizátorok fejlesztésére, tesztelésére koncentrál. A kutatás jelenlegi fázisában a kémikusok különféle platina katalizátorokkal kísérleteznek, vizsgálva azok hatékonyságát. - Azon dolgozunk, hogy minél vékonyabb katalizátor rétegre legyen szükség az elem működéséhez, hiszen a Föld platina készletei meglehetősen szűkösek, és a platina meglehetősen drága nemesfém – mondta Tompos András. Az optimális teljesítményt különféle platinaötvözetekkel próbálják elérni, de hosszú távú céljuk, hogy egy teljesen nemesfémmentes katalizátort dolgozzanak ki. - A lehetséges új anyagokról ma még legfeljebb sejtéseink vannak – fogalmazott a kémikus.

Tompos András elmondta, hogy kutatásaikat, más hasonló érdekes munkákhoz hasonlóan középiskolás diákok is megismerhették azon az egyhetes rendezvényen, amelyet a Kémiai Kutatóközpont június 27. és július 3. között immár második alkalommal szervezett „Aki kíváncsi kémikus” címmel. A Kémiai Kutatóközpont 19 kutatási témával várta a 25 hazai és 2 határon túli településről érkező összesen 35 diákot.

Forrás: MTA

Kristály köti meg a szén-dioxidot

kkkiadmin, 2011, január 20 - 15:49

[View]

Dél-koreai és amerikai kémikusoknak sikerült javítani egy mesterséges kristályszerkezet hatékonyságán, amely így kétszer annyi szén-dioxidot képes elnyelni és megkötni, mint eddig. A szerves fémhálónak (MOF) nevezett porózus, stabil szerkezetek képesek elnyelni, és igen kis térfogatra tömöríteni a gázokat.

A kutatók abban bíznak, hogy ez és az ehhez hasonló anyagok segíthetnek a tisztább energia előállításában és a szén-dioxid megkötésében, mielőtt az elérné a légkört, és hozzájárulhatna a globális felmelegedéshez, a tengerszint növekedéséhez és az óceánok savasodásához.

A Kaliforniai Egyetemen végzett, Omar Yaghi által vezetett kutatás egy korábbi, MOF-177 elnevezésű kristályszerkezetet fejlesztett tovább két új változattá, amelyek a MOF-200 és a MOF-210 jelölést kapták. A porózus szerkezetnek hála, nemcsak a külső felszín áll rendelkezésre, hanem apró lyukak befúrásával elképesztő mértékben megnő a felület – magyarázta Yaghi, a kémia és biokémia professzora NewsDaily hírportálon.

A továbbfejlesztett kristályokat a Science című tudományos folyóirat online kiadásában mutatták be. A MOF-210 egyetlen grammja nagyjából négy kockacukor méretének felel meg. Amennyiben szétlapítják, minden egyes gramm ötezer négyzetméternyi területet képes befedni.

Amennyiben a MOF-200-at bontanák ki, több futballpályát foglalna el, és ez a felület mind rendelkezésre áll a gázok megkötésére - mondta Yaghi. Még hatásosabban szemléltetve negyven tonna MOF egyenértékű Kalifornia állam területével (ami Magyarországnak mintegy négy és félszerese).

A kristályok alkalmazhatók a szén-dioxid, vagy akár gáznemű üzemanyag, például hidrogén rövidtávú tárolására is. A MOF-okat olcsó alapanyagokból elő lehet állítani, például a naptejekben található cink-oxidból, és teraftalátból, amely a műanyag szódáspalackok alkotóeleme.

Forrás: http://index.hu/tudomany/klima/2010/07/18/ketszeres_mennyisegu_szen-dioxidot_kot_meg_egy_uj_kristaly/

Nanotechnológia mint baktériumölő

kkkiadmin, 2011, január 20 - 15:37

[View]

A nanotechnológiai folyóiratokban 2004 es felfedezése óta gombamód szaporodtak egy új anyagól, a grafénről és annak felhasználási lehetőségeiről szóló publikációk. Napkollektorok, processzorok, szenzorok készültek ennek az anyagnak a felhasználásával, ám most kiderült: kiváló antibakteriális tulajdonságokkal is rendelkezik, ennél fogva viszont használhatóságának tárháza jelentősen bővíthető.

A grafén története nem mondható éppen mainak. Bár először 2004-ben állították elő, P.R. Wallace elméleti fizikus már az 1940-es években foglalkozott a grafénnal, illetve elméleti úton levezette annak elektronszerkezetét. Az anyag maga nem mondható újdonságnak, nem mondható túlságosan különlegesnek: nem más, mint a grafit térrácsának egyetlen rétege, vagyis egy rétegnyi szénatom, szabályos rácsba rendeződve. Az anyag rendkívül nagy erőt bír el, és nem utolsósorban a nanotechnológia egyik legnagyobb vívmánya, belőle ugyanis, mint egy vég szövetből bármilyen forma kiszabható, és abból szinte bármilyen sík- vagy térforma létrehozható, alkalmazásainak köre tehát gyakorlatilag végtelen lehet.

Mivel a grafén felhasználása egyre inkább az elektronikai iparra korlátozódott, Chunhai Fan és Qing Huang, a Shanghai-i Alkalmazott Fizikia Intézet kutatói úgy gondolták, kipróbálják ezt a csodát az élettudományok, kezdetnek a sejttenyésztés területén is. Ennek megfelelően első körben grafén-oxiddal bevont papírcsíkok felszínén próbáltak humán sejteket és baktériumokat tenyészteni, ám a vizsgálataik nem a várt eredményt hozták.

A humán sejtek növekedésére a grafén felület kevés mérhető hatást gyakorolt, bár az a kevés is inkább a sejtnövekedést hátráltatta, ám ami igazán érdekes volt, hogy a baktériumok növekedését erősen, és jól mérhetően gátolta. Mivel úgy látszik, a grafén kiváló antibakteriális tulajdonságokkal bír, a kutatók máris a tömeggyártáson gondolkoznak.

„A grafén úgy látszik, igazán hatékony és olcsó antibakteriális szer lehetne: a kötszerektől kezdve a cipőbéléseken át az élelmiszerek csomagolásáig ki lehetne használni kiváló antibakteriális tulajdonságát és olcsó előállíthatóságát” – magyarázza Huang.

Forrás: http://mrns.hu/index.php?page=content/hirek.php&nid=228

Gömbvillámok rejtélye

kkkiadmin, 2011, január 20 - 15:29

[View]

Egy kutatócsoport a hagyományos villámok segítségével igyekezett lemásolni a rejtélyes gömbvillámokat.
A villámok begyűjtéséhez egyfajta égig érő villámhárítóként funkcionáló, vezetékkel ellátott rakétákat használtak, amikkel különböző anyagokon vezették át a villámokat a gainesville-i Florida Egyetem villámlás kutatói. A kísérletben sikerült néhány rövid életű, a természetes körülmények között kialakuló gömbvillámokkal több rokon jegyet hordozó tűzgömböt létrehozni. A kutatók reményei szerint munkájukkal jobban megismerhetik a különös jelenség mechanizmusát.

"Több ezren számolnak be első kézből gömbvillám esetekről" - nyilatkozott Dustin Hill, a kutatással kapcsolatos publikáció szerzője a Discovery News-nak, hozzátéve, hogy a gömbvillám váratlan és rövid ideig tartó megjelenése miatt gyakorlatilag semmilyen tudományos adat nem áll rendelkezésre a jelenségről. "Tény hogy egy rejtélyes jelenségről van szó" - mondta Hill. "Nincsenek cáfolhatatlan bizonyítékok, nincsenek számszerű adataink. Ez az egész végtelenül szubjektív."

Az "első kézből" származó jelentések megbízhatóságát erősen csökkenti az a tény, hogy az emberi észlelés megbízhatatlan ezekben az esetekben, tette hozzá Hill. Ez elsősorban az úgynevezett látási perzisztenciából, avagy a látás folytonosságából ered, aminek köszönhetően folyamatában és nem a képkockák sorozataként látunk egy filmet. Ez a jelenség egy rövid életű villanást sokkal hosszabbá tesz, mint amilyen valójában. A gömbök fényessége ugyancsak azt az érzetet kelti, hogy a gömb jóval nagyobb valódi méreténél. Hill nem kérdőjelezi meg a beszámolókat, azonban mint számtalan villámot látott kutató, aki ugyanakkor tisztában van a tényleges mérésekkel is, tudja, hogyan játssza ki érzékszerveinket egy-egy ilyen jelenség.

Hogy kipróbálják, hogyan hozhat létre egy átlagos villám egy lebegő gömbvillámot, a kutatók nyolc villámcsapást vezettek át különböző anyagokon. "Nagyjából 100 különböző anyagmintát teszteltünk" - magyarázta Hill. Az anyagok listáját elsősorban fizikusok segítségével állították össze.

A legsikeresebb anyagnak a rozsdamentes acél és a fenyőfa bizonyult. Ezekkel sikerült parányi, egy másodperc töredékéig fennmaradó fényes gömböket létrehozniuk. A rozsdamentes acél, mivel nem túl nagy múltra tekint vissza szinte biztosan kizárható, mint a gömbvillám előállításában közreműködő anyag, a beszámolók ugyanis jóval régebbre nyúlnak vissza az időben. Korábban laboratóriumi körülmények között sikerült begyújtani lebegő szilícium párát, ami szintén hasonlított a gömbvillámhoz, azonban a Hill által valódi villámokkal végrehajtott kísérletek megduplázták a laboratóriumban észlelt hatást.

A kísérletek bár nem hoztak létre gömbvillámot, megerősíteni látszanak a jelenség egyik lehetséges magyarázatát. A gömbvillám nem egy villámtípus, sokkal inkább valamilyen elporlasztott anyag, amit begyújt a villámlás. Égése rövid ideig tart, majd kialszik. De vajon tényleg ez lenne a rejtélyes, szinte a tudományos fantasztikumba illő gömbvillám?

"A kísérletekkel azt bizonyították, hogy lehetséges olyan fényjelenségek előállítása, amit egy gyakorlatlan megfigyelő gömbvillámnak hihet" - összegzett Richard Orville professzor, a Texas A&M Egyetem Alkalmazott Meteorológiai Tanulmányok Intézetének igazgatója. Más szavakkal a floridai kutatók nem reprodukálták a gömbvillámot, igaz nem is állítottak ilyesmit, tette hozzá Orville, mivel senki sem tudja mi is a gömbvillám valójában.

Forrás: http://www.sg.hu/cikkek/75985/villamokkal_probaltak_gombvillamot_letrehozni

Biomasszából vegyipari alapanyag

kkkiadmin, 2011, január 20 - 15:16

[View]

Science novemberi 25-i számában mutatták be a Massechusetts-i Egyetem (Amhesrt) vegyészmérnökei új módszerüket, mellyel növényi olajokból nagy mennyiségben állíthatnak elő vegyipari alapanyagokat, mint pl. benzolt, toluolt, dimetil benzolt és alkén(olefin)-származékokat. Az új eljárás csökkentheti, vagy meg is szüntetheti a vegyipar fosszilis energiahordozóktól való függését.

Így a kőolaj helyett felhasználhatnak viszonylag olcsóbb és széles körben elérhető, mezőgazdasági hulladékból, vagy ipari növényekből előállított növényi olajat is. A kapott jó minőségű alapanyagokból bármit előállíthatnak mosóporoktól, oldószerektől kezdve egészen a műanyagokig.

George Huber, a projekt vezetője, a Massachusetts-i Egyetem vegyészmérnök professzora szerint: „Az áttörésnek köszönhetően teljes egészében kielégíthetjük a vegyipari alapanyagigényt pirolízisolaj segítségével. Ugyanazokat a molekulákat állítjuk elő biomasszából, mint a fosszilis alapanyagokból, és ráadásul új infrastruktúrára sincs szükség. Úgy gondoljuk, hogy ez a technológia a gazdasági fejlődéshez is jelentősen hozzájárulhat, mivel mára már széles körben elérhetővé vált a pirolízisolaj. A fő különbség módszerünk és a ma használt megoldások között az alapanyag: mi a folyamatban egy megújuló alapanyagot használunk fel, növényi bimasszát. Ahelyett hogy kőolajat vennénk ezen kémiai anyagok előállítására, mi pirolízisolajat használunk, melyet ipari növényekből és fás biomasszából állítanak elő. További előnye, hogy az amerikai farmereknek is jelentős bevételi forrást teremthet.”

Mi pirolízisolaj?

A pirolízisolaj egy szintetikus üzemanyag, melyet a kőolaj egyik lehetséges alternatívájának tartanak. A pirolízis a szerves anyagok termokémiai lebontásának folyamata oxigénmentes környezetben.

A pirolízisolajat biomasszából állítják elő. 500ºC-on és magas nyomáson egy speciális reaktorban pirolizálják a szerves anyagokat. Az így kapott bioolaj kátrányszerű és általában az oxigéntartalma is túl magas, ezért közvetlenül nem használható fel.

A múltban ezeket a vegyületeket alacsony termelékenységű folyamatokkal állították elő. Az új módszer háromszor hatékonyabb. Az olcsó, rossz minőségű pirolízis olajból a közlekedési üzemanyagoknál is értékesebb termékeket állíthatnak elő.

A cikkben Huber és doktorandusz hallgatói (Tushar Vispute, Aimaro Sanno és Huiyan Zhang) bemutatták, hogy hogyan lehet előállítani biomassza alapú pirolízis olajból sok műanyag és gyanta alapanyagául szolgáló alkéneket (pl.: etilén, propilén), valamint a sok festékben, műanyagban és poliuretánban megtalálható aromás vegyületeket (benzol, toluol, xilén).

Kétlépéses integrált katalitikus megközelítést alkalmaznak egy változtatható variálható reakciójú hidrogénezési fázissal kezdve, melyet egy zeolitos katalitikus lépés követ. A zeolit katalizátor megfelelő pórusszerkezettel és aktív felülettel rendelkezik a biomassza alapú molekulák aromás szénhidrogénekké és alkénekké alakításához.

Cikkükben bemutatják, hogy hogyan lehet elérni három paraméter megfelelő megválasztásával — az alacsony és a magas hőmérsékletű hidrogénezési lépés illetve a megfelelő zeolitkonverzió használatával — az optimális eredményt. Eredményeik szerint az alkén-aromás arány és az alkének és aromás vegyületek típusai a piaci igényeknek megfelelően alakíthatók.

Azaz, az új technikát alkalmazva a vegyipari cégek a szükségleteknek megfelelően befolyásolhatják a biomasszából nyert szén arányát és a hozzáadott hidrogén mennyiségét.

Gazdasági számításokat is végeztek az optimális hidrogén és pirolízisolaj arányának megállapításához, a lehető legmagasabb értékű végtermék előállítása érdekében.

A Massechusetts-i Egyetemen létesített kísérleti üzemben ezeket a vegyületeket néhány liter mennyiségben képesek előállítani. A technológiát az Anellotech Corp. licencelte, melyet Huber és David Sudolksy alapított. A cég szilárd biomassza vegyipari alkalmazásaival kapcsolatban is végez fejlesztéseket.

Sudolsky, az Anellotech vezérigazgatója szerint: „Számos vállalat foglakozik pirolízisolaj biomasszából történő előállításának fejlesztésével. A probléma ezidáig az volt, hogy a pirolízisolajat finomítani kell, hogy felhasználható legyen. Az új eljárással cégünk képes a pirolízisolajat közvetlenül értékes kémiai anyagokká alakítani nagy hatékonysággal és figyelemreméltó gazdaságosság mellett.”

Forrás: http://www.sciencecaffe.com/?q=sciencecaffe/hu/sections/biomassz%C3%A1b%C3%B3l-vegyipari-alapanyag-r%C3%A1ad%C3%A1sul-gazdas%C3%A1gosan.html

A TITÁN SZERVES KÉMIÁJA

kkkiadmin, 2011, január 6 - 12:51

[View]

1655. március 24-én még csak a Föld és a Jupiter holdjai voltak ismertek. Másnap Christiaan Huygens felfedezte a Szaturnusz legnagyobb holdját, a Titánt.
Azóta a Szaturnusz 60 természetes holdját ismerik a csillagászok. Néhány ezek közül, például a Pan, az Atlas, a Prometheus és a Pandora terelőholdak, azaz a Szaturnusz körül keringő anyagot határozott, gyűrű alakú pályán tartják, míg más holdak erősen módosítják a gyűrűk formáját. A tudósokat mégis a titokzatos Titán foglalkoztatja leginkább.
A Titán a Naprendszer második legnagyobb holdja (a Jupiterhez tartozó Ganymedes után). Nagyobb, mint a Plutó vagy a Merkúr. Felületén -180oC (-292 oF) a hőmérséklet. A Titán az egyetlen hold, amelynek sűrű atmoszférája van, a felszíne közelében mért atmoszférikus nyomás pedig 60%-kal nagyobb, mint a Földön.
A Titán azért annyira érdekes a kutatók számára, mert a Naprendszer egyetlen, felhőkkel és sűrű atmoszférával rendelkező, bolygószerű holdja. 2004-ben sikerült közelről a Titánra irányítani a Cassini űrhajó műszereit. A radarfelvételek bonyolult felületi geológiát mutattak, nagyon kevés kráterrel, és ez arra utal, hogy a hold felülete viszonylag fiatal.
A Titán nagyon messze van a Naptól, ezért légköre mélyhűtött állapotban van. Atmoszférája kémiailag nagyon érdekes, mivel molekuláris összetétele hasonló lehet a Föld ősi atmoszférájához. A légkört főleg nitrogén alkotja, ugyanakkor szmogszerű anyagokat, például metánt és etánt is tartalmaz, és olyan sűrű, hogy akár kőolajeső is hullhat belőle. Az alábbi kép a Titán sűrű légkörét mutatja be.
Az alábbi festmény pedig a Titán képzeletbeli dimbes-dombos felszínét ábrázolja szénhidrogéntavakkal tarkítva.
A Cassini tömegspektrométere bonyolult, akár hét szénatomot is tartalmazó szénhidrogéneket, szén- és nitrogénvegyületeket, nitrileket is talált a Titán légkörében. Az alábbi tömegspektrogram a felső atmoszféra szénhidrogén-összetételére jellemző.
2005. januárjában az Európai Űrkutatási Ügynökség (European Space Agency) Huygens nevű szondája áthatolt a Titán sűrű légkörén, és adatokat gyűjtött az összetételéről. A Huygens szondát a Cassini űrhajó szállí- totta a Titánhoz. Az űrutazás hét évig tartott, és a szonda 2005. január 14-én érte el a Titán felszínét.
grafikon

A Huygens két és fél óráig ereszkedett, míg elérte a felszínt, és a landolás után még 73 percig küldött adatokat. Hat fedélzeti műszere végzett megfigyeléseket. A felszínhez képest meleg szonda beágyazódott a Titán képlékeny, jeges, szerves talajába, miközben nagy mennyiséget párologtatott el a felszínt borító folyékony metánból.
A fedélzeti tömegspektrométer a leszállás során megállapította, hogy míg a légkör felső részeiben a nitrogén dominál, addig az alsóbb régiókban a metán a jellemzőbb. A kutatókat – akik cseppfolyós etánra számítottak a felszíni régióban – ez igencsak meglepte, mivel a korábbi légkörkémiai modellek azt jósolták, hogy az atmoszférikus metánt a fotokémiai folyamatok etilénné és acetilénné konvertálják.
Az is meglepő volt, hogy a szonda csak a 40-es tömegszámú argont talált a Titán légkörében, míg más, a Földön, a Vénuszon és a Jupiteren is megtalálható argonizotópok hiányoztak. Ez az adat kulcsot jelenthet a Titán kialakulásának megértéséhez.
A Titán narancssárga színét a szénhidrogén- molekuláknak köszönheti, amelyek kicsapódáskor kátrányszerű esővé állnak össze. Azaz a Titán tulajdonképpen egy óriás szénhidrogénüzem, amelyben a kémiai folyamatok rendkivül alacsony hőmérsékleten játszódnak le. A Titán többszázszor annyi folyékony szénhidrogént tartalmazhat, mint a Föld teljes kőolaj- és földgáztartaléka!

1655. március 24-én még csak a Föld és a Jupiter holdjai voltak ismertek. Másnap Christiaan Huygens felfedezte a Szaturnusz legnagyobb holdját, a Titánt.

A Titán felszínét tarkító dombokat valószínűleg tholin alkotja. A tholin kifejezést a görög sáros szóból alkotta meg Carl Sagan 1979-ben, bonyolult, prebiotikus szerves molekulák leírására. A tholint nitrogénben gazdag szerves vegyületek alkotják, amelyek a Nap ultraibolya sugárzásának hatására képződnek nitrogén és metángáz keverékéből.

Nemes László

A MALÁRIA HAGYOMÁNYOS GYÓGYSZERE

kkkiadmin, 2011, január 6 - 12:28

[View]

A kininnek színes története van. Mai szemmel nézve egy kicsi és egyszerű molekuláról van szó, ami évszázadokon keresztül kiemelkedő szerepet töltött be a gyógyászatban.

Ez a vegyület a kémia fejlődésére is nagymértékben rányomta bélyegét, mert a legkiválóbb elmék foglalkoztak a molekula szerkezetének és tulajdonságainak megismerésével. Az elmúlt százötven évben a szerves kémikusokat folyamatosan foglalkoztatta e természetes vegyület sztereoszelektív szintézisének kidolgozása. A megoldáshoz vezető út keresése közben megszületett a modern vegyipar.

A rettegett betegség, a malária

A malária az emberiség régóta ismert betegsége, amiről Hippokratész is említést tesz írásaiban. Elnevezése középkori olasz kifejezésből (mala aria, azaz rossz levegő) származik, ugyanis a betegséget sokáig a mocsarak bűzös kigőzölgéseinek tulajdonították. A moszkitók által terjesztett betegség válogatás nélkül szedte áldozatait az ókori és középkori Európában. Feltételezések szerint Nagy Sándorral is ez a kór végzett harminckét éves korában.

A maláriát 16. századi hódítók vitték be az Új Világba, ahol ebben az évszázadban kezdték kiépíteni a Dél-amerikai kolóniákat. Az itt élő bennszülött inkák már régóta használták lázzal járó betegségek kezelésére a kínafa kérgéből készült kivonatot és ez a gyógyszer a malária esetében is hatásosnak bizonyult. A kínafa (Cinchona officinalis L.) az Andok keleti lejtőin található esőerdőkben őshonos.

A kinin igazi térhódítása Európában akkor kezdődött, amikor ez az anyag a spanyol perui alkirály feleségét, Chinchona grófnőjét megmentette a haláltól. A hírt és a kinint Európába (kiváltképpen Rómába, a malária európai fővárosába) a jezsuita szerzetesek hozták el. A kinin hamarosan keresett gyógyszer lett Európa egész területén. A hatalmas keresletet Amerikából történő behozatallal próbálták kielégíteni. Mivel ezt a csodaszert jezsuita szerzetesek terjesztették el, protestáns közösségek nagy fenntartásokkal fogadták, vagy teljesen elutasították. Ez a körülmény meghiúsította a malária hatásos gyógyszerének gyors elterjedését. Áldozatul esett a maláriában szenvedő Oliver Cromwell is, aki nem kért a „kardinális porból”, inkább az érvágásban és a higany fogyasztásában hitt és hamarosan belehalt súlyos betegségébe. A helyzetet Robert Talbor gyógyszerész használta ki, aki saját bevallása szerint kifejlesztett egy malária elleni csodaszert (ami a kínafa kérgéből készült por volt) és ezzel több katolikus és protestáns uralkodót is kezelt.1 Az 1600-as évek végétől a kínafa kérgéből készült keserű ital - a tonik - egész Európában elfogadott gyógyszer lett a malária ellen és majdnem 300 évig őrizte egyedülálló pozícióját.

A kinint a kínafa kérgéből 1820-ban izolálta két francia kutató, Pierre Joseph Pelletier és Joseph Bienaimé Caventou. Azt a kis üvegcse kinint, amit ekkor izoláltak a londoni Természettudományi Múzeum őrzi féltett kincsei között.

Mivel a kinin volt a malária egyedüli ellenszere, a gyarmatbirodalmak bővítése és fenntartása szempontjából a kinin források birtoklása meghatározóvá vált. A kínafa-ültetvények létrehozására irányuló törekvéseket végül siker koronázta az angoloknak Ceylonnban (ma Srí Lanka), míg a hollandoknak Java szigetén.

A vegyület azért is keltette fel a kémikusok érdeklődését, mert egyszerűbb lett volna a szükséges kinin mennyiség biztosítása mesterséges előállítással. Miután megismerték a vegyület összegképletét „aritmetikai” módszerekkel kívánták azt előállítani. Az első próbálkozás August Wilhelm von Hofmann nevéhez köthető, aki formálisan naftilaminból és vízből kívánta létrehozni a kinin molekulát, de kisérletét természetesen nem sok siker koronázta. Közben kiderült, hogy a kinin összegképlete is téves volt, ezt Adolf Strecker helyesbítette. Majd 1856 húsvéti szünetében Hofmann tanítványa a tizennyolc éves William Henry Perkin próbálta előállítani a kinint, ezúttal N-alliltoluidin oxidációjával. A kísérlet során most sem sikerült a kinint izolálni, de a fiatal Perkin egy lila színű vegyületet nyert ki a kátrányos reakció elegyből.

Ezt a mesterséges festéket mályvaszínnek keresztelték el és Greenford Greenben létrehozták a világ első vegyipari gyárának tekinthető festékgyárat. Bár a kinin előállítása kudarcot vallott, a kisérlet mégsem volt sikertelen a civilizáció szempontjából, hiszen elindította a szerves szintetikus vegyipart. Ilyen festéküzemként indult a napjainkban meghatározó vegyipari, és gyógyszeripari vállalatok egy része is (pl. BASF, Ciba-Geigy, Hoechst, ICI).

Perkin kísérlete után ötven évig nem történt jelentős próbálkozás a kinin szintézisére, inkább a molekula pontos szerkezetének meghatározását tűzték ki célul. A szerkezetet 1908-ban Paul Rabe német vegyész közölte, majd kísérleteit folytatva megállapította, hogy a kinin bomlásának egyik termékéből a kinotoxinból megoldható a kinin előállítása.

Ennek alapján dolgozta ki a kinin formális totálszintézisét, azaz a kinotoxin szintézisét a Harvard Egyetem két fiatal kutatója Robert B. Woodward és William von Eggers Doering. 1944 április 11-én jelentették be, hogy sikerült előállítaniuk a kinotoxint. Ez a II. Világháború alatti nagy kininszükséglet idején akkora szenzációt jelentett, hogy tudományos eredményük a New York Times címlapján kapott helyet mint a 20. század legnagyobb felfedezése.2

A kinotoxin szintézise ugyan meghozta a hírnevet és elismertséget a két fiatal kutatónak (később Woodward a 20. század egyik legnagyobb vegyésze lett), eljárásuk ipari alkalmazása azonban nem volt gazdaságos. Azóta többen is dolgoztak ki szintetikus eljárást kinin előállítására (Uskoković, Stork, Jacobsen, Kobayashi), de ipari méretű szintézisben egyik sem volt alkalmazható. A kinint napjainkban évi 700.000 tonnában állítják elő természetes forrásból történő kivonással, és ennek a mennyiségnek jelentős részét az üdítőitalipar használja fel.

A kinin a modern kémiában

A kinint és származékait mind a mai napig előszeretettel alkalmazzák a szerves kémiában. Már nem az előállítása a cél, hanem különböző szintetikus problémák megoldásához hívják segítségül, mint pl. rezolválószer, ligandum vagy katalizátor. Mindezen alkalmazások közül kiemelkedik a K. Barry Sharpless és munkatársai által kidolgozott aszimmetrikus dihidroxilezési reakció, amelynél a megfelelően kialakított kinin származék egy ozmium-komplex liganduma.

A Sharpless-féle dihidroxilezési eljárás

Ez az eredmény nagyban hozzájárult ahhoz, hogy Sharpless-t 2001-ben Nobel-díjjal tüntessék ki.

A magyar fejlesztésű kinin alapú organokatalizátor

A szerves és katalitikus kémia egy meghatározó irányzata napjainkban az organokatalízis, amelynek során az enzimek miniatürizált változataként kisméretű szerves molekulák segítik elő sztereo-szelektív reakciók lejátszódását. Ezen környezetkímélő (fémet nem tartalmazó) eljárások között ismét jelentős szerepet kapott a kinin és külön kiemelhető a magyar kutatók által nemrégiben kifejlesztett, jól definiált katalitikus zsebbel rendelkező kinin származék.

Ez a katalizátor szinte azonnal a tudományos érdeklődés homlokterébe került. Már a világ különböző pontjain használják sikerrel és eddig több mint 20 aszimmetrikus szintetikus reakcióban mutatott kiemelkedően jó eredményeket.

Elmondhatjuk tehát, hogy a kinin az emberiség sorsában fontos szerepet játszott. Nagy hatással volt történelmi eseményekre, hozzájárult birodalmak felemelkedéséhez, pozíciójuk megerősödéséhez. Hatással volt a természettudományok és a gazdaság fejlődésére és mind a mai napig jelentős szerepet tölt be a kémiai kutatásban.

Varga Szilárd

MOLEKULAGRAFIKA

kkkiadmin, 2011, január 6 - 12:09

[View]

A molekulagrafika a számítógépek korszerűsödésével párhuzamosan nagyot fejlődött az utolsó két évtizedben. Bár lehet vele játszadozni is, és a címképhez hasonló képeslapokat alkotni, de a szemet gyönyörködtető ábrák készítésénél sokkal hasznosabb feladatokra is alkalmas. Többek között jól használható analitikai függvények, numerikus adatok grafikus megjelenítésére is.

Egy vegyület valódi térszerkezetére utalhatunk már a szokásos síkképletekben is az ú.n. fel/le kötések alkalmazásával, bár ez inkább csak az atomcsoportok egymáshoz viszonyított térhelyzetét tükrözi. A molekulák valódi, háromdimenziós szerkezetének ábrázolására régebben csak egy valóságban megépített modell volt alkalmas (golyós modell, Dreiding-modell stb.). A képernyőn ugyanerre sokféle lehetőség létezik. A legegyszerűbb és leggyorsabb a vonalas vektor modell, amiben általában a különböző atomtípusokat különböző színnel szokták ábrázolni. Szemre tetszetősebb és kivetítésre alkalmasabb az ú.n. vastag vektor modell, ami a színezés variálásával térszerűvé, fotorealisztikussá tehető. Ha az atomokat gömbszerűen ábrázoljuk, a golyósmodellhez jutunk. A golyók mérete tetszőleges lehet, s ha azok a van der Waals (VDW) sugárnak felelnek meg, akkor az ú.n. térkitöltéses modellt kapjuk. (1. ábra). Ez utóbbit kalott vagy CPK modellnek is szokták nevezni. A VDW felület nemcsak tömör lehet, hanem áttetsző, pontokból vagy rácsvonalakból álló is.

A VDW felület már elég közel jár a molekula igazi alakjához. De milyen lehet a „valódi” alak? Az egyik közelítési mód az, ha az atomokat övező elektronok sűrűségét, pontosabban azok tartózkodási valószínűségét ábrázoljuk a molekula atommagjai körül egy ú.n. izofelületen (az izofelület például a meteorológiai térképekről ismert izobárok, izotermák térbeli analógiája: az azonos tulajdonságú, értékű helyeket összekötő pontok összessége. A gömb például olyan izofelület, amelynek minden pontja egyenlő távolságra van a középponttól.). Ha az elektronsűrűségre kis értéket adunk meg, a kapott izofelület hasonló lesz a VDW felülethez. Minél nagyobb elektronsűrűségű felületet ábrázolunk, a kapott kép annál inkább hasonlít egy klasszikus vegyértékekkel rajzolt képlethez. A 2. ábra a diboránt (B₂H₆) mutatja. A klasszikus vegyértékeket használva problémás a szerkezet felrajzolása, így azonban az elektronsűrűség alapján szépen látható, hogy a bóratomok közti hidrogénatomok egyformán tartoznak mindkét szomszédjukhoz, mintha kétszer „félvegyértékűek” lennének.

A biológiailag jelentős (makro)molekulák valódi kémiai viselkedését még jobban jellemzi az ú.n. oldószerelérési felület. Ez azt jelzi, hogy a molekula mely része kerülhet kapcsolatba az oldószerrel. A VDW sugarú gömbökkel alkotott felület ugyanis nem fedi teljesen a valóságot, mert nem tűnik ki belőle, hogy a közeli „gömbök” közé sem az oldószer, sem a még nagyobb reagens molekulák nem férnek be. Így az ilyen zsebek, rések - legalábbis a kémiai hozzáférés szempontjából - olyanok, mintha nem is léteznének. Főleg az össze-vissza kanyargó fehérjeláncok között lehetnek ilyen „barlangszerű” üregek. A valóságot jellemző molekulafelületet úgy kapjuk meg, hogy egy, az oldószermolekula méretével megegyező próbagömböt minden irányban körbegörgetünk a molekula VDW felületén. Az így kapott érintőfelületet hívják Connollyfelületnek, a próbagömb középpontja által létrehozott felületet pedig az oldószerelérési felületnek.

Benztiazol származék kétféle színezéssel

A többnyire kvantumkémiai számításokkal kapott, az atomok reaktivitásával, a molekula kölcsönhatásával kapcsolatos számszerű adatok akár egy egyszerű modellel, akár az oldószerelérési felülethez hasonló felületek segítségével könnyen láthatóvá és érthetővé tehetőek. Egy hosszú számsort nehéz áttekinteni, az értékeket összevetni. Azonban a különböző molekulafelületeket megfelelő színkódolással ábrázolva mindez egy pillanat alatt megérthető. A 4. ábrán egy heteroaromás benztiazol származék látható egyrészt a számolt parciális atomi töltések alapján, másrészt az egyes atomok elektrofil reagensekkel szembeni érzékenysége szerint színezve.

Megjeleníthetőek a molekulapályák is. Elsősorban a reakcióképességért leginkább felelős HOMO (legmagasabb energiájú betöltött) és LUMO (legalacsonyabb energiájú betöltetlen) pályákat szokták ábrázolni, amelyek például a cikloaddíciós reakciók elemzésénél hasznosak (6. ábra).

Az óriásmolekulák, például fehérjék, nukleinsavak szerkezetét a szokott módon ábrázolva csak egy áttekinthetetlen gombolyagot kapunk. Ezért sokszor az ú.n. szalagmodellt alkalmazzák, vagyis a molekula „gerincét“ ábrázolják egy szalag segítségével. A szalagmodell persze kiegészíthető Connolly-felülettel, színezhető különféle tulajdonságoknak megfelelően, miként azt a 7. ábrán láthatjuk.

A molekulagrafika előbbiekben bemutatott módszereinek ésszerű kombinálása nagyban elősegíti például a gyógyszer-receptor (vagy) enzim kölcsönhatások jobb megértését, a racionális (számítógépes) gyógyszertervezést. Ez azonban már egy másik történet.

Gunda Tamás

A FEHÉRJÉK KÜLÖNÖS DINAMIKÁJA

kkkiadmin, 2011, január 6 - 12:05

[View]

Hacsak nem eszünk túl sok gyorsételt, testünk szárazanyagának zömét a fehérjék alkotják. A fehérjék építik fel bőrünket, izmainkat, vörös vérsejtjeinket, sőt még a csontjaink legnagyobb részét is. A fehérjék aminosavak láncolatai, és a legtöbb fehérje kétféle állapotban fordul elő: vagy összegombolyítva egymáshoz szorosan illeszkedő aminosavakkal, vagy kibomlott állapotban lazán nyújtott lánc formájában. Rendszerint a gombolyodott természetes állapotú fehérje végzi a biokémiai munka zömét segítve mozgásunkat, vagy táplálékunk megemésztését.

A fehérjéknek természetes (vizes) környezetükben sajátos tulajdonságaik vannak: hűtésre legombolyodva kitágulnak, míg nyomás alá helyezve ismét kibomlott formájukat veszik fel. Amikor pedig összegombolyodnak, ez gyorsabb folyamat, mint szinte bármely más kémiai reakció szobahőmérsékleten, és ezt egy „különleges kinetika” határozza meg. Hogyan lehet mindezt úgy megmagyarázni, hogy közben ne kerüljünk ellentmondásba a termodinamika második „szent” törvényével? Lézerkísérletek és számítógépes szimulációk megmagyarázzák ezt a furcsa viselkedést, de azért marad elég rejtély még a kutatók eljövendő generációi számára is. Vegyük például az apomioglobint, ami egy hem molekulával egyesülve a hús vörös színét adó fehérjét, a mioglobint hozza létre!

1. Az ábra felső részén az apomioglobin kibomlott fehérjeláncát, míg alul a számítógéppel modellezett összegombolyodott formát látjuk. Ahelyett, hogy minden atomot megmutatnánk, csak a lánc elhelyezkedését ábrázoltuk. A kétféle forma létét úgy igazolhatjuk, hogy a fehérje vizes oldatán keresztül átbocsátunk egy ultraibolya hullámhosszúságú lézernyalábot és megvizsgáljuk a minta által kibocsátott fényt (fluoreszcencia). A fluoreszcencia a triptofán aminosavegységtől származik, amelyik elnyeli az ultraibolya fényt és hosszabb hullámhosszon visszasugározza. Amikor az összegombolyodott fehérje kibomlik, megváltozik a fluoreszcencia színe.¹

A reánk váró meglepetés a következő: ha lehűtjük a mintát, a fehérje kibomlik, míg ha nyomás alá helyezzük, a fehérje ugyancsak kitágul a természetes gombolyagból a kibomlott fonal állapotába. Az anyagok lehűtéskor általában megfagynak, és nyomás alatt is kisebb térfogatot vesznek fel! Hogyan lehet akkor ezeket a megfigyeléseket megmagyarázni? Mindkét esetben a fehérjét körülvevő vízmolekulák a felelősek a furcsa viselkedésért. Az anyagok azért fagynak meg, mert lehűtéskor igyekeznek rendezettebb állapotba kerülni. Úgy tűnik, a fehérje viszont lehűtéskor rendezetlenebb lesz és kibomlik. A titok abban rejlik, hogy amikor a fehérje kibomlik, vízmolekulák kapcsolódnak azokhoz az aminosavakhoz, amelyek szokásos körülmények között a fehérjeszerkezet belsejében vannak, így kibomláskor a szerkezet rendezettebbé válik. Ugyan a proteinlánc kitágul, a fehérjelánchoz „odafagyó” víz kompenzálja ezt a rendezettség csökkenést.

Na, és hogyan állunk a nyomás furcsa hatásával? A helyzet az, hogy a fehérjék nem háromdimenziós testek. A mérések valójában azt mutatják, hogy mindössze két és fél dimenziójuk van. Mit is jelent ez? Hadd mutassuk be egy papírlappal. A papírlap lényegében kétdimenziós tárgy, mert nagyon vékony. Gyűrjük most labdává össze. Vajon így hirtelen háromdimenziós lett, vagy még így is kétdimenziós? Hiszen továbbra is csak egy papírlapról van szó, nem? A papírlabda tele van levegővel telt kis üregekkel, ezért dimenziója valahogyan a két és három dimenzió között van. Hasonló a helyzet a fehérjemolekulákkal is: amikor összegombolyodnak (összegyűrődnek) az aminosavak nem illeszkednek szorosan, lyukak maradnak köztük, mint a sajtban. E lyukak többsége túlságosan kicsi ahhoz, hogy akár egyetlen vízmolekula is elfoglalhassa, ezért üresen maradnak. Nyomás hatására a fehérje összegyűrt állapotából kitekeredik, és ekkor a vízmolekulák kitölthetik ezeket az üregeket. A 2. ábra kék pontokkal ábrázol egy tipikus fehérje felületet. Piros nyilak mutatnak néhány felületi üregre, amelyek benyúlnak a fehérje belsejébe. Noha az 1. ábrán látható kibomlott proteinlánc nagyobbnak tűnik, valójában az együttes fehérje+víz szerkezet kisebb térfogatú.²

2. Még „különösebb” az a dinamika, amit a fehérje akkor követ, amikor a fonalas szerkezetből a természetes gombolyagot alakítja ki. Szó szerint a „különös kinetika” elnevezésű elmélet használható ennek a dinamikának a magyarázatára.³ A legtöbb kémiai reakció nagyon lassan játszódik le szobahőmérsékleten. Tudjuk, hogy ha egy benzinnel teli üzemanyagkannát kinyitunk, még semmi sem történik. Pedig a benzin és az oxigén reakciója sokkal stabilisabb szén-dioxid és víz elegyét hozza létre. Azonban ez mégsem történik meg, mert a reaktánsok és a termékek között magas energiagát van. Ahhoz, hogy a reaktánsok átjussanak az energiagáton, hőközlésre (nyílt lángra, vagy szikrára) van szükség. Élő szervezetek nem engedhetik meg ezt a luxust, testhőmérsékleten kell működniük. Így aztán a fehérjék úgy fejlődtek ki, hogy az összegombolyodás lényegében energiagát nélkül történik. Még a nagyon lassú fehérjék is percek alatt összegombolyodnak, és a kémikusok elő tudtak állítani olyan fehérjéket, amelyek a másodperc milliomod része alatt összegombolyodnak, sokkal gyorsabban egy szempillantásnál. Honnan tudjuk ezt? Az elmélet szerint, amikor egy fehérje energiagát nélkül csomagolódik össze, ez a folyamat a „különös kinetika” szerint zajlik le, nem egyetlen, hanem sok különböző időskálán, szemben a legtöbb kémiai reakcióval. Ezt meg lehetett figyelni olyan, lézerrel irányított összegombolyítási kísérletekben, mint amilyeneket az 1. ábra mutat be.⁴

Élő sejteken végzett fehérje gombolyítási kísérlet

3. Ma már élő sejtekben is tudjuk vizsgálni a fehérjéket, ahol ki vannak téve a bonyolult és zsúfolt, ribonukleinsavakból, lipidekből, szénhidrátokból és vízből álló kémiai környezetnek. Valójában a sejtekben levő víz nagyon kevéssé hasonlít az általunk jól ismert folyékony vízhez. Ennek az az oka, hogy a fehérjék és más biológiai molekulák hatással vannak a vízmolekulák mozgására, és így megváltoztatják elrendeződésüket. Ezek a hatások a biomolekulák felületétől néhány nanométerig terjednek, és mivel a vízmolekulák soha sincsenek egy nagy biomolekulától távolabbra, mint néhány nanométer, a teljes vízmennyiség ilyen hatások alatt áll. Másrészt viszont a fehérje körüli vízkörnyezet erős befolyással van a proteinek összegombolyodására. Ez jól látható a legújabb kísérletek milliszekundomos időfelbontású animációiban, amelyek az élő sejtek belsejében levő fluoreszkáló fehérjéket mutatják. A 3. ábrán kutatócsoportom tagjai, Simon Ebbinghaus és Apratim Dhar kezelik a mikroszkópot élő sejteken végzett fehérje gombolyítási kísérletekben. Annak révén, hogy követni tudják a fehérjeszerkezet változását több képpontban, különböző rákos sejtek esetén ki tudták mutatni, hogy mindegyik sejtnek jellemző jelei vannak. A fehérjék különböző sebességgel és eltérő eloszlásban változtatják szerkezetüket, annak ellenére, hogy mindegyik sejtet közös ősből klónozták és így genetikailag azonos felépítésűek. Tehát a sejtekben lezajló fehérje gombolyodási folyamatokban az azonos ikerfelépítés nem biztosítja az azonos viselkedést!

4. A 4. ábra mutatja a kísérlet elvét. A sejtben lévő fehérje molekulát egyszerre zöld és piros fluoreszcens festékkel jelezzük. Testhőmérsékleten a fehérje gombolyagot képez és egy lézersugár a zöld festéket gerjeszti, ami energiájának egy részét a piros festéknek adja át és az fluoreszkál. Amikor azonban a fehérje kibomlik, a zöld és piros festékek eltávolodnak egymástól és kevesebb energia jut át a zöld festékről a pirosra. A zöld és a piros fluoreszcenciát külön-külön észleljük fényszűrőkön keresztül videokamera segítségével, ahogy azt egy sejt kétféle színű képén mutatjuk. A filmfelvétel megmutatja, hogy mikor és milyen mértékben gombolyodik a fehérje az élő sejtben.

Láttuk tehát, hogy a biológiai molekulák -- így a fehérjék is -- gyakran a kémiai intuícióval ellentétes, váratlan viselkedést mutatnak. Ha azonban közelebbről vizsgáljuk a dolgokat, minden érthetővé válik, és sokszor a víz, az élet oldószere, a felelős a különös viselkedésért. A fizikusok, kémikusok és biológusok szoros együttműködésének köszönhetően meg lehet érteni a biomolekulák rejtélyeit, és megismerhetjük a működésüket, amelynek erdményeképpen az élet megjelenik. Ki tudja, hogy mi mindent fogunk találni az ilyen kutatásokban? Talán egy nap képesek leszünk mindazoknak a biomolekuláknak az előállítására, amelyek az élet fenntartásához szükségesek, és össze lehet kapcsolni azokat egy élő sejtté, így létrehozva a mesterséges életet...

Martin Gruebele
University of Illinois

Hivatkozások:

1. Ballew, R. M., Sabelko, J. & Gruebele, M. Direct observation of fast protein folding: The initial collapse of apomyoglobin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 5759-5764 (1996).
2. Enright, M. B. & Leitner, D. M. Mass fractal dimension and the compactness of proteins. Phys Rev E 71, 011912 (2005).
3. Shlesinger, M. F., Zaslavsky, G. M. & Klafter, J. Strange Kinetics. Nature 363, 31-37 (1993).
4. Liu, F. & Gruebele, M. Downhill dynamics

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK KEZELÉSE

kkkiadmin, 2011, január 6 - 11:29

[View]

Az élet számos területén alkalmaznak radioaktív izotópokat: a nukleáris energetikában, az iparban, a mezőgazdaságban, a kutató-fejlesztő munkák során, az egészségügyben vagy a haditechnikában. Az izotópdiagnosztikai és -terápiás alkalmazások betegségek korai felismerését és gyógyítását teszik lehetővé. Az ipari alkalmazások közül az anyagvizsgálatok, a minőségellenőrzés, a nedvesség- és szintmérések, hő- és fényforrások gyártása, vagy gyógyszerek előállítása említhető példaként. Az elmúlt évtizedben a besugárzási technológia világszerte önálló iparággá fejlődött, ami az orvosi eszközök, az élelmiszerek és a csomagolóanyagok egyre nagyobb mennyiségű sugárkezelése bizonyít. Radioaktív izotópok felhasználása ugyanakkor radioaktív hulladékok keletkezésével is jár. A legnagyobb mennyiségű ilyen hulladék a nukleáris üzemanyag-ciklussal kapcsolatos tevékenységek során képződik.

A radioaktív hulladékfajták keletkezésének jellemző világátlaga

A világon évente kb. 8 – 10 milliárd tonna hulladék keletkezik, melyből kb. 400 millió tonna veszélyes hulladék. A radioaktív hulladék keletkezési üteme ehhez képest jóval kisebb, kb. 25.1 millió m³/év. A fajtánkénti világátlag az 1. számú táblázatban látható.

Magyarországon a kisebb, üzemanyag cikluson kívüli radioaktív hulladéktermelőknél, a kórházak, laboratóriumok és ipari vállalatok munkája során jelenleg mintegy 10-20 m³ kis és közepes aktivitású hulladék és 1000-3000 elhasznált sugárforrás keletkezik évente.

Hazánk legnagyobb radioaktív hulladék termelője a paksi atomerőmű. Jelenleg kb. 9000 db kétszáz literes hordó kis és közepes aktivitású szilárd radioaktív hulladék található az erőművön belüli átmeneti tárolókban (ebből közel 1000 hordót már átszállítottak a Bátaapátiban létesült Nemzeti Radioaktívhulladék Tárolóba). A hulladékkeletkezés jelenlegi üteme alapján az éves mennyiség előreláthatóan 850 darab 200 literes hordó lesz. Az erőmű jelenlegi tervezett 30 éves üzemidejére vonatkozóan az éves mennyiségre adott becslés alapján az elhelyezendő szilárd hulladék összes térfogata kb. 3000 m³.

Levegőmonitorozó berendezés -- egy radioaktív sugárforrást alkalmazó berendezés

Erre a 30 évre a becslés alapján elhelyezendő szilárdított (kondicionált) folyékony hulladék összes térfogata kb. 18000 m³. Az elhelyezésre kerülő térfogat jelentősen csökkenhet, ha az új folyékony hulladékkezelő technológia üzembe lép. Ez 2009-ben várható. Ez esetben csak kb. 7300 m³ kondicionált folyékony hulladék végső elhelyezését kell biztosítani.

A nukleáris létesítmények leszerelésekor csak a paksi atomerőmű esetében fog nagyobb mennyiségű radioaktív hulladék keletkezni. Jelenlegi becslések szerint a 4 blokk leszereléséből kb. 20000 m³.

A Paksi Atomerőmű négy blokkja VVER-440 típusú fűtőelemekkel üzemel. A dúsítás 2,4-3,82%

Újrahasznosítható vagy hulladék?

A radioaktív hulladékok kategorizálási rendszere országonként változhat a nemzeti szabályozásnak megfelelően. Külön ki kell emelni, hogy az elhasznált nukleáris fűtőelem - az adott ország által elfogadott stratégiától függően - lehet újrahasznosítható anyag vagy hulladék. A magyar szabályozás szerint az elhasznált nukleáris fűtőanyag nem radioaktív hulladék (elviekben újra feldolgozható).

Jelenlegi ismereteink szerint az atomerőmű élettartama végéig (2017) keletkező, és az országban maradó kiégett kazetták száma kb. 11 000 lesz, 1286 t nehézfém tartalommal. Az atomerőmű folyamatosan növeli az üzemanyag kiégetési szintjét, s ezzel csökken az erőmű tervezett élettartama alatt keletkező kiégett kazetták becsülhető mennyisége.

Az élettartam hosszabbítás és új blokkok létesítése természetesen jelentősen megnöveli ezeket a mennyiségeket.

HULLADÉKKEZELÉSI LÉPÉSEK

A hulladékfeldolgozási műveletek, melyek célja a biztonság és/vagy a gazdaságosság javítása, előkezelés, kezelés és kondicionálási szakaszokra bontható. Ez történhet a hulladék térfogatának csökkentésével, a radioizotópok hulladékból történő eltávolításával, ill. a hulladék összetételének megváltoztatásával. A hulladékkezelést megelőző leggyakoribb műveletek a gyűjtés, hulladékválogatás, kémiai beállítás és dekontaminálás.

Radioaktív hulladékok esetében gyakorta alkalmazzák a rövidebb-hosszabb idejű tárolást.

Ennek előnye abban jelentkezik, hogy a tárolás során jelentősen csökkenhet a sugárzás intenzitása, ezért a hulladékkezelés további műveletei során a dolgozókat érő sugárterhelés alacsonyabb szinten tartható. Más esetekben a tárolásnak elsősorban műszaki okai lehetnek. A többnyire csak rövid felezési idejű radioizotópokat tartalmazó hulladék esetén az ún. lecsengetéses tárolás célja, hogy a radioaktív hulladék – az aktivitás tartalmának kellő csökkenését követően – kiiktatható legyen a szabályozó hatóság ellenőrzési hatálya alól (felszabadítás). Kiégett fűtőelemek esetében elsősorban a hőtermelés csökkenését kell biztosítani a további kezelési műveleteket megelőzően, másrészt a nulkeáris üzemanyag-ciklus stratégiájának fontos lépése a tárolás.

Az átmeneti tárolást követően (melynek ideje széles határok között változhat) a hulladékot a végleges elhelyezés helyszínére kell szállítani, majd pedig közvetlenül, vagy további kondicionálási, csomagolási műveleteket követően el kell helyezni.

HULLADÉKFELDOLGOZÁS, TÉRFOGATCSÖKKENTÉS

A radioaktív hulladékok kezelési stratégiájának legfontosabb célkitűzése a hulladék keletkezésének elkerülése, vagy legalábbis a képződés minimális szintre szorítása. Törekedni kell továbbá – ha erre mód van – a maradékanyagok újrahasznosítására vagy visszaforgatására. A keletkezett hulladék térfogatát célszerű megfelelő technológiákkal csökkenteni. A hulladékkezelés optimálása végeredményben azt jelenti, hogy megfelelő formájúvá alakítva (kondicionálva) az átmeneti tárolásra és végső elhelyezésre szánt hulladék mennyiségét (és ezáltal a kapcsolódó költségeket) minimalizálni kell.

A hulladék képződését a gyakorlatilag elérhető legalacsonyabb szinten kell tartani. A legkézenfekvőbb célkitűzés természetesen a hulladék keletkezésének elkerülése, ami gondos tervezéssel, az eljárások és anyagok kellő megválasztásával és figyelmes üzemvitellel elérhető.

A gyakorlatban számos minimalizálási lehetőség van, azonban minden esetben kompromisszumot kell találni a hulladék további minimalizálása, és a foglalkozási többlet-sugárterhelés, a hulladék nagyobb aktivitáskoncentrációja és a megemelkedett költségek között. A minimalizálás lehetséges módszerei között említhető a hatósági ellenőrzés alóli felszabadítás, ill. a környezetbe történő ellenőrzött kibocsátás, a maradék anyagok visszaforgatása és újrafelhasználása, vagy a hulladék térfogatának csökkentése hatékonyabb csomagolással.

A hulladékfeldolgozási műveletek célja a biztonság és/vagy a gazdaságosság javítása a hulladék jellemzőinek megváltoztatása révén. Ez történhet a hulladék térfogatának csökkentésével, a radioizotópok hulladékból történő eltávolításával, ill. a hulladék összetételének megváltoztatásával. Az úgynevezett kondicionálási műveleteksegítségével szállításra, tárolásra és/vagy végleges elhelyezésre alkalmas hulladékcsomagot lehet előállítani. A kondicionálás fogalmába tartozik a hulladék szilárd formára alakítása, konténerekbe való zárása, és – amennyiben szükséges – kiegészítő csomagolás alkalmazása.

A folyékony hulladékok kezelésére kémiai lecsapatást, elpárologtatást, ioncserét és membrán technikás leválasztást alkalmaznak. A kondicionálás többnyire cementbe, bitumenbe vagy polimerbe ágyazást, ill. vékony falú acél, vagy vastag falú betonkonténerbe helyezést jelent.

A hulladékcsomagok térfogata csökkenthető a kötőanyag (mátrix) elhagyásával, a folyékony hulladék kiszárítással történő szilárdításával, a szilárd hulladék nagy nyomóerővel való tömörítésével, illetve a szerves anyagok elégetésével vagy pirolízises hamvasztásával, majd ezt követően a hamu tömörítésével.

A fenti hulladékkezelési és kondicionálási módokon túl, néhány speciális és innovatív technológia kifejlesztése is folyamatban van, amelyekkel a szokványostól eltérő hulladékok feldolgozását igyekeznek megoldani. Ezek közül az egyik az üvegbe ágyazás. Az Orosz Föderációban próbálkoznak ilyen jellegű kondicionálással, de nem atomerőművi hulladékok esetében.

Végső elhelyezés

A radioaktív hulladékok végleges elhelyezésére vonatkozó sugárvédelmi követelményeket a 16/2000 (VI.8.) EüM rendelet írja elő:

A radioaktív hulladékok elhelyezését csak olyan formában és olyan telephelyen lehet engedélyezni, hogy az ne okozzon elfogadhatatlan kockázatot a társadalomnak, ne tegyen kárt emberi életben, és ne ártson a jelen, illetve jövő generáció egészségének és ne károsítsa az emberi környezetet és az emberi javakat.

A létesítmény közvetlen környezetében lakók nem kaphatnak évente nagyobb effektív dózist, mint 100 µSv/év (Magyarországon a háttérsugárzás – azaz a sugárzás, ami mindenkire hat - átlagos értéke kb. 300 µSv/év)

BIZTONSÁGI ALAPELVEK

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) szabványai szerint a „biztonság” az ember és környezete védelmét jelenti a létesítmények és tevékenységük által előidézett ionizáló sugárzás kockázataival szemben.

A hulladék végleges elhelyezésének a biztonságát az egyéni dózis vagy az egyéni kockázat, valamint az érintettek száma alapján kell értékelni. A hulladék elhelyezés biztonságának mérésére különböző mérőszámokat használnak. A leginkább elterjedt jelzőszám a tárolókból kijutó anyag emberre gyakorolt hatását (sugárterhelését) számszerűsítő dózis. A hulladéktárolóktól megkövetelt biztonság szintjére jelenleg nemzetközileg a 100 μSv/év effektív dózis értéket javasolják.

A legtöbb országban a radioaktív hulladék kezelésére és végleges elhelyezésére vonatkozó szabályozást a nemzetközi sugárvédelmi és sugárbiztonsági előírások figyelembevételével törvényesítik. Az ENSZ és több más nemzetközi testület is rendszeresen közread szabványokat a sugárvédelem és a radioaktív hulladékkezelés területén.

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség először 1995-ben publikálta a radioaktív hulladékok kezelésével kapcsolatos elveit. 2006-ban egy általánosabb biztonsági filozófiát megtestesítő, tíz alapelvet tartalmazó csomagot adott közre Alapvető Biztonsági Alapelvek címmel, mely a korábbinál is szélesebb nemzetközi konszenzuson alapul.

A legtöbb országban – így hazánkban is – a radioaktív hulladék kezelésére és végleges elhelyezésére vonatkozó szabályozást a nemzetközi sugárvédelmi és sugárbiztonsági előírások figyelembevételével törvényesítik. Az alapelvek következetes érvényesítése lényegesen magasabb szintű védelmet nyújt a társadalom egésze számára, mint az egyéb ipari tevékenységek gyakorlata (pl. a veszélyes hulladékok kezelése és elhelyezése).

A hulladék végleges elhelyezésének célja a hulladékban lévő – az emberre és a környezetre potenciális veszélyt jelentő – radioaktív izotópok elszigetelése a bioszférától, és ezáltal a jelenlegi és jövendő nemzedékek, valamint a környezet védelme.

A radioaktív hulladékkezelés ezen alapvető célkitűzése kétféleképpen érhető el. Az egyik lehetőség a hígításos kibocsátás, amikor is a hulladék annyira felhígul a környezetben, hogy az semmilyen besugárzási útvonalon, semmilyen időpontban nem képvisel elfogadhatatlan mértékű kockázatot a lakosság számára. A második lehetőség az ún. elzárás, melynek során a hulladékok hatékony elszigetelésére általában természetes és ember alkotta gátak kombinációját alkalmazzák egészen addig, amíg a radioaktivitás szintje nem csökken az elfogadhatatlan kockázati szint alá.

A közvetlen szétszórás /diszperzió/ csak korlátozott mennyiségű és alacsony koncentrációjú radioaktív anyagokra alkalmazható, amikor is biztosítható a biztonsági előírásoknak való megfelelés. Ennek jellemző példái az atomerőművekből származó légnemű és vízi kibocsátások.

Majd fél évszáda merült fel a radioaktív hulladékok földfelszín közeli vagy felszín alatti tárolókban történő elhelyezésének gondolta. A koncepció az elmúlt évtizedekben jelentős mértékben fejlődött. Az ötvenes években a hulladékok kibocsátása, védelem nélküli földmedrű lerakása volt a jellemző, ahol a természetes környezetet úgy igyekeztek megválasztani, hogy a hulladékok aktivitástartalmának gyors hígulását, vagy hosszabb idejű „helyben maradását” biztosítsák. A sugárvédelemben és a tudatos környezetvédelemben a hatvanas években bekövetkezetett fejlődés a korábbi gyakorlatot nem igazolta. A megfelelő mértékű izoláció iránti igény kielégítésére született meg azon koncepció, hogy az izolációt három tényező együttes hatásának – a hulladékformának és csomagolásnak, a kialakított műszaki védelmeknek (az ún. mérnöki gátaknak) és a geológiai befogadónak – kell szavatolnia. A nemzetközi ajánlások szerint a három komponensnek együttesen kell biztosítania a megkívánt mértékű izolációt. Azt az elképzelést, hogy a természeti folyamatok ellen gátak sorozatát alakítják ki, melyek egymásba ágyazódnak „többgátas koncepciónak“ nevezik.

A hulladéktárolók telephelyének kiválasztásához szükséges követelményeiket rendszerint az adott ország vonatkozó rendeletei, illetve a szabályozó hatóságok előírásai határozzák meg. Hazánkban a vonatkozó IKIM rendelet jelöl ki a földtani, vízföldtani, szeizmológiai, stb. követelményeket.

A végleges elhelyezés biztonságát a hulladékformából és csomagolásból, a létesítmény mesterségesen kialakított gátjaiból, a geológiai és hidrogeológiai környezetből álló elhelyezési rendszer, valamint az üzemeltetéssel, ellenőrzéssel – és a szükség szerinti beavatkozással – kapcsolatos céltudatos emberi tevékenység kell, hogy biztosítsa. A hulladék- elhelyezési rendszer elemeinek megfelelő kombinációjával el kell érni, hogy a rendszer élettartama alatt jelentősen ne befolyásolja annak izolációs képességét egyetlen elem, vagy komponens meghibásodása, vagy fokozatos tönkremenetele sem.

A hulladéktárolók alapvetően két nagy csoportba sorolhatók, ún. felszín közeli, illetve nagyobb mélységben kialakított létesítmények. Radioaktív hulladékok felszín közeli elhelyezése azt jelenti, hogy a hulladék csomagokat a felszínen, vagy pedig néhányszor tíz méterrel a felszín alatt kialakított vágatokban vagy kamrákban helyezik el. A felszín közeli elhelyezésre elsősorban olyan radioaktív hulladékok jöhetnek számításba, melyek rövid élettartamú radionuklidokat tartalmaznak.

A radioaktív hulladékok elhelyezésének másik lehetősége, hogy rendszerint több száz méterrel a felszín alatt, stabil geológiai formációban való tárolótér kialakítással biztosítják a radionuklidok hoszszú távú izolációját a bioszférából. Ezt a megoldást geológiai elhelyezésnek nevezik.

A radioaktívhulladék-elhelyezés biztonságát úgynevezett biztonsági értékeléssel lehet meghatározni. Ez egy olyan komplex és iteratív tevékenység, amely a tervezett elhelyezési rendszer jövőbeli hatásait vizsgálja az emberi egészség és a környezet védelme szempontjából. Az elemzés során értékelik az egyes jellemzők kölcsönhatását, az elhelyezési rendszert érintő különböző események következményeit, ill. a rendszerből esetleg kiszabaduló radioaktív izotópok terjedési útvonalait. Ha a több száz éves elszigetelés követelményéből indulunk ki, akkor a vizsgált időszak alatt feltételezhető események és kölcsönhatásaik száma rendkívül nagy lehet. Valamennyi eseményt és kölcsönhatást egyedileg figyelembe venni szinte lehetetlen. Ezért a biztonsági értékelésben olyan körülményeket és eseményláncokat kell vizsgálni, amelyek valószínűleg tartalmazzák a várható történések több változatát. Ezeket az eseményláncokat nevezik a vizsgálatok során alkalmazott forgatókönyveknek. A biztonsági értékelés során így első lépésként különböző forgatókönyveket állítanak össze, a jellemzésükhöz és leírásukhoz szükséges műszaki-tudományos megfontolásokkal együtt. A forgatókönyv-elemzés célja azon eseménysorok azonosítása, melyek az érintett egyének sugárterheléséhez vezethetnek. A forgatókönyv-elemzés a tervezett hulladéktárolóra, a befogadó kőzetre és a telephelyre vonatkozó jellemzők, események és folyamatok (angol rövidítéssel FEP) katalógusán alapulnak.

Ezt követően – a telephely jellemzőire, a hulladékok és mesterséges korlátok rendszerére, ill. a környező bioszférára elvégzett adatgyűjtés és adatértékelés eredményeinek felhasználásával – összeállíthatók azok a matematikai modellek, amelyek a forgatókönyvek várható kimenetelét jellemzik. A matematikai modellek segítségével értékelik az egyes forgatókönyvek következményeit, és az üzemeltetőkre, ill. a lakosságra számított sugárterhelés értékeit összevetik a hatóságilag rögzített korlátokkal. Mind a forgatókönyvek kiválasztása során, mind pedig a matematikai modellekben használt feltételezések, megközelítések, és adatok rögzítésekor arra kell törekedni, hogy a várható sugárterhelést a valós viszonyoknál súlyosabb következményekkel jellemezzék (ezt konzervatív megközelítésnek nevezik).

A hulladékban lévő radioizotópok természeti hatások, ill. emberi beavatkozások következtében juthatnak ki a tárolóból. A természeti folyamatokat két kategóriába sorolják: olyan izolált események, melyek önmagukban vagy együttesen hatva a gátak hatásfokának csökkentését okozhatják, illetve a tárolóban vagy annak környezetében végbemenő olyan lassú folyamatok, melyek fokozatosan, de elkerülhetetlenül a gátak sérüléséhez vezetnek, ami pedig a hulladék kijutását eredményezheti. Ezek definíció szerint az ún. normál fejlődéstörténeti eseménysorok, melyek a rendszer legvalószínűbb – egyben tervezett – viselkedését, fejlődéstörténetét írja le. Ezt többnyire determinisztikus megközelítéssel szokás modellezni.

A valószínűségi alapú megközelítés lehetővé teszi, hogy a modell működési tartománya elég tág viszonyok között változzon ahhoz, hogy a legvalószínűbb viselkedéstől való eltéréseket is magában foglalja. Az ezeket is meghaladó eltérésekre (extrém paraméterértékek), illetve olyan kiemelt jelentőségű szituációkra, jellemzőkre, amelyekre vonatkozóan részletesebb elemzéseket kívánnak végezni, alternatív forgatókönyveket definiálnak. Ezek a szakirodalomban „mi van, ha” (what if) típusú számításoknak nevezik. E kalkulációk lényege, hogy a rendszer lehetséges szélsőséges viselkedéséről is információt lehessen szerezni.

Ha a telephely és az ott megvalósítani kívánt elhelyezési technológia az elemzés során olyan eredményeket ad, amelyek a hatósági korlátot nem haladják meg, akkor biztonsági szempontból az adott megoldás elfogadható. Ezen túlmenően további megfontolások tárgya lehet lakossági elfogadási, költségtakarékossági, vagy más, a tároló üzemeltetését, lezárását befolyásoló (bányabiztonság, környezeti rehabilitáció, üzem közbeni visszanyerhetőség stb.) szempont.

Összeállította: Dr. Ormai Péter főmérnök (Radioaktív Hulladékokat Kezelő Közhasznú Nonprofit Kft.)

A NAGY PARADICSOMPÜRÉ-REJTÉLY

kkkiadmin, 2011, január 6 - 10:54

[View]

Bizonyára mindenki számára ismerős az a vígjátékokban ismételten visszatérő jelenség, hogy a felfordított üvegből nem folyik ki a ketchup, majd az üveget rázva vagy ütögetve megindul a lavina. Az addig szilárdnak kinéző anyag egy pillanat alatt folyadékká válik. Mi is történik tulajdonképpen?

A ketchup, a komplex folyadékok népes családjába tartozik. Ezen anyagok viszkozitása jelentősen lecsökken mechanikai erők (nyíróerők) hatására, majd az erőhatás megszűnte után helyreáll az eredeti struktúra. Ezt a tulajdonságot görög eredetű szóval tixotrópiának (thixis – érintés, tropos – változó) is nevezik. A ketchup lavinaszerű kifolyását meg lehet előzni, ha pl. egy késsel az üvegből „kipiszkáljuk” a kívánt mennyiséget, ugyanis ilyenkor jó eséllyel csak a nyíróerők által érintett rész válik folyékonnyá. Egy másik lehetséges megoldás az, hogy a ketchupot nem üvegbe, hanem műanyag flakonba töltik. A mechanikai erőt a flakon összenyomásával közöljük a nagyviszkozitású és éppen ezért nem folyó ketchuppal, ami azonban csak a kisméretű nyíláson tud kijönni, így elkerülhető a lavina. A rendelkezésre álló, szinte tökéletes megoldás ellenére a legnagyobb élelmiszeripari cégeknek az átmeneti szüneteltetés után újra forgalomba kellett hozniuk az üveges kiszerelést. A vásárlók ragaszkodtak a jól megszokott rázogatáshoz, ütögetéshez vagy „piszkáláshoz” kockáztatva az esetleges ketchup-lavinákat. Számos olyan mesterségesen előállított komplex folyadék van, amely tixotróp tulajdonságú, azaz mechanikai behatásra csökken a viszkozitásuk: ilyenek a kozmetikai krémek, körömlakk, nem csöppenő festékek, krémes ételek (gyümölcsjoghurt, puding, margarin) stb.

Bár a jelenség régóta ismert, ma is intenzív kutatások folynak ezen a területen. Elméleti és gyakorlati szakemberek (vegyészek, fizikusok) vizsgálják a jelenség pontos okait és az adott felhasználási területnek legjobban megfelelő folyási tulajdonsággal rendelkező anyagokat próbálnak előállítani. A tixotróp folyadékokban közös, hogy nyugalmi állapotban másodlagos kötőerők által stabilizált hálózat alakul ki, ami biztosítja a nagy viszkozitást. Ezek a kötőerők olyan erősek is lehetnek, hogy az anyag nyugalmi állapotban szilárd (pl. a hidegen is kenhető margarinok). A tixotróp élelmiszerek általában zsír vagy olajszerű micellákat tartalmazó kolloid rendszerek, de ide tartozik számos kozmetikai termék is (balzsamok, „csíkos” fogkémek). Nyugalmi állapotban a micellák (pl. kisméretű olajcseppek) közötti vonzóerők egy micellahálót alakítanak ki, amit lerombol a külső mechanikai erőhatás, de az erőhatás megszűntével a hálószerkezet képes regenerálódni. Így a margarin szilárd a dobozban (nyugalmi állapot), jól kenhető (nyírás), majd ismét nyugalmi helyzetbe kerülve újra megszilárdul, szemben a vajjal, ami nem tixotróp és csak részben megolvadva kenhető.

A különböző joghurtoknál is tixotrópia lép fel. A joghurtok a betöltésnél folynak a fellépő nagy nyíróerők hatására, így biztosítható, hogy a joghurtos pohár buborék nélkül megtölthető. Tárolás, szállítás közben nem folynak, így a rétegelt joghurtok sem keverednek. De ugyanezért nem folynak le a kanálról, nem csöpögnek. A joghurtokban azonban nem a tejzsír cseppek alkotnak hálózatot, hanem nagy molekulás adalékokat kevernek bele, és ezek képezik azt a laza hálózatot, amely lerombolható, de könnyen regenerálódik. Az adalék általában valamilyen természetes alapú szénhidrát származék, a leggyakrabban pektin (E440).

Ez az anyag húsos gyümölcsök (alma, körte), gyökerek (sárgarépa) sejtfalából vonható ki. Pektin táplálék-kiegészítőként is forgalomban van, de a lekvár főzéshez használt befőző cukor is tartalmazza. Nemcsak az élelmiszer és kozmetikai iparban használnak tixotróp folyadékokat, hanem ilyenek a festékek és a lakkok is. Ezekkel szemben is fontos követelmény, hogy bizonyos körülmények között jó folyási tulajdonságokkal rendelkezzenek, ugyanis csak így lehet egyenletes és vékony bevonatot létrehozni. A nyíró erőt ilyenkor az ecsettel vagy a hengerrel közvetítjük. Ha azonban nem hatnak ilyen erők akkor a festék nem folyik, azaz nem cseppen le az ecsetről és a falról sem folyik le. A szilikát alapú festékekhez általában ásványi anyagokat (pl. laponit), a szerves alapú festékekhez polimereket (pl. cellulóz étereket) adalékolnak.

Mint a fenti példákból is látszik, a komplex folyadékok felhasználási területe rendkívül szerteágazó. Minden területen speciális kívánalmaknak is meg kell felelni, a folyási tulajdonságok mellett rendkívül fontos a stabilitás, a szín, az íz, az élettani hatások stb. A kémiai laborokban nemcsak kisérleti munka folyik újabb és kedvezőbb tulajdonságú komplex folyadékok előállítására, hanem elméleti szakemberek is dolgoznak a folyási tulajdonságok jobb megértése érdekében. Azonban a legújabb elméletek és a legnagyobb számítógépek segítségével sem lehet előre megjósolni számos folyadék viszkozitását, folyási tulajdonságait. Ezekben az esetekben továbbra is marad a kísérletezés, a tesztelés, a mérés.

Domján Attila

Egy örökifjú és modern gyógyszer

kkkiadmin, 2011, január 6 - 10:51

Az aszpirin néven ismert hatóanyag az acetilszalicilsav. A mai gyógyszermolekulákat elnézve egy kicsi, egyszerű molekuláról van szó, amely mégis sokoldalúan alkalmazható gyulladáscsökkentőként, fájdalomcsillapítóként, sőt a szívroham megelőzésében is fontos szerepet játszik.

A történet kezdete az ókori Egyiptomig nyúlik vissza. Több, mint 3500 évvel ezelőtt az egyiptomi orvosok a mirtusz kérgéből készült kivonat formájában használták a szalicint reumára és hátfájásra. Erről tesz említést az Eberspapirusz is, ami ennek a korai időszaknak 877 gyógyszerét, azok hatását és elkészítésük módját tartalmazza.

Az ókor másik meghatározó civilizációjának, a görög műveltségnek a híres orvosa, Hippokratész is alkalmazta ezt a hatóanyagot.

Ő a fehér fűz kérgéből készítette el fájdalom és lázcsillapító kivonatot. A hatóanyag neve is a fűzfafélék családjának latin nevéből (Salicaceae) származik. A szalicin áldásos hatása különböző gyógynövényeken keresztül szerte a világon – egész Európában, Ázsiában, Észak-Amerikában, valamint az afrikai hottentották körében is – ismert volt. Ezen gyógyító növények közül a legismertebbek a teabogyó (Gaultheria procumbens), a réti legyezőfű (Filipendula ulmaria) és az első befutó a fehér fűz (Salix alba).

Szalicin az újkori laborból

A londoni Királyi Társaságban 1763-ban olvasták fel egy anglikán lelkész, Edward Stone levelét, amelyben arról számol be, hogy ötven különböző esetben sikeresen alkalmazta a szárított, őrölt fűzfakérget vízben, teában vagy éppen sörben oldva lázcsillapításra. A levélben leírt vizsgálat tekinthető az orvostudományban az egyik első klinikai hatóanyag-kipróbálásnak.

A XIX. század elején a természettudományok egyre inkább laboratóriumi tudományokká kezdtek válni. A kor kutatói célul tűzték ki, hogy tisztán kinyerjék az egyes gyógynövényekben rejlő hatóanyagokat, és így vizsgálják meg tulajdonságaikat. 1828-ban Johann Andreas Buchner, a müncheni egyetem gyógyszerészprofesszora készített egy fűzfakéreg-kivonatot, amelyet megtisztított a szennyezőitől, és így egy sárga anyaghoz jutott, melynek a szalicin nevet adta.

A szalicin szerkezetének megismerésében a következő nagy lépés tíz évvel később történt, amikor a párizsi Sorbonne diplomázó hallgatója, az olasz származású Raffaele Piria elhidrolizálta a szalicint, majd a keletkező két komponenst szőlőcukorként és egy aromás vegyületként azonosította. Később az aromás vegyület vizsgálata során azt tapasztalta, hogy annak oxidációjával a már ismert szalicilsavhoz jut.

Az aszpirin hatóanyagát, az acetilszalicilsavat 1853-ban Charles Frédéric Gerhardt állította elő, de se szerkezetét nem ismerte, se szenynyezőitől nem tudta megtisztítani. Majd nem sokkal utánuk az acetilszalicilsavat tiszta formában a német Karl-Johann Kraut állította elő, de soha nem próbálta gyógyszerként alkalmazni.

Út a modern gyógyszergyártás felé

Hermann Kolbe, a híres XIX. századi német vegyész az egyik kulcsszereplő az aszpirin történetében. Kolbe annak a Friedrich Wöhler-nek volt a tanítványa, aki először állított elő szervetlen vegyületből szervest. Kolbe pedig elsőként állított elő elemi szénből ecetsavat, így tekinthetjük a szerves kémiai szintézisek egyik úttörőjének. 1859- ben fenol nátriumsóját hevítette széndioxidban és így jutott el a szalicilsavhoz. Azonkívül, hogy előállította a szalicilsavat, még szerkezetét is helyesen határozta meg. Nem sokkal ezen felfedezés után egy munkatársának a tanítványával, Friedrich von Heydennel kidolgoztak egy eljárást a szalicilsav nagy mennyiségű gyártására, ami később Kolbe-szintézisként vonult be a kémia történetébe. Ez az új eljárás lehetővé tette, hogy a szalicilsavat tizedannyiért lehessen előállítani, mintha természetes úton nyernék ki, ezzel Kolbe és munkatársai lefektették a mai gyógyszeripar alapjait. A nagy mennyiségben hozzáférhető szalicilsav lehetőséget nyújtott az orvosoknak, hogy új területeken is kipróbálják azt, így az ezzel a gyógyszerrel kezelt betegségek hosszú listája kiegészült a fogfájással és a migrénnel. 1878-ig, csupán négy év alatt Heyden gyárában a szalicilsav termelés meghatszorozódott, és elérte az évi 24 tonnát.

Mindezek ellenére a szalicilsav nem volt csodaszer szörnyű íze és számos súlyos mellékhatása miatt. A legfőbb mellékhatása abból adódott, hogy irritálta a gyomorfalat és ezzel emésztési problémákat okozott, ami a betegek nagy részénél hányással és gyomorfekély kialakulásával járt.

Később Hoffmann erre az eredményre mint személyes győzelemre tekintett vissza, hiszen édesapja reumás volt és sokat szenvedett a szalicilsav nátriumsójának mellékhatásaitól, a folyamatos hányástól és a gyomorfekélytől.

Az Arthur Eichengrün és Heinrich Dreser által vezetett Bayer gyógyszerkémiai fejlesztéseinek egyik nagy eredménye volt, hogy az Aspirin^® márkanevet és hatóanyagot 1899. február 1-én bejegyezték Németországban, majd egy évvel később az Egyesült Államokban is.

Színre lép az Aspirin^®

A XIX. század végén egy fiatal vállalat, az 1863-ban alapított Bayer festékgyár szeretett volna új piacokat meghódítani. Elsődleges célpontjai az agrokémiai termékek és a gyógyszerek voltak. A gyógyszerkémiai fejlesztések során a szalicilsav által uralt hatásterület meghódítása volt az egyik cél. Egy hasonlóan hatásos vegyületet kívántak kifejleszteni, amely nem, vagy csak jóval kisebb mértékben rendelkezik a szalicilsav mellékhatásaival. A szalicilsav számos származékát elkészítették, de az igazi áttörés 1897. október 10-én következett be, amikor a Bayer fiatal szerves vegyésze, Felix Hoffmann előállította az acetilszalicilsavat, és át tudta kristályosítani úgy, hogy az gyógyszerhatóanyagnak alkalmas legyen. Ezt az új vegyületet ki is próbálták; hatása hasonlóan jó volt, mint a szalicilsavnak, de már nem tapasztaltak kellemetlen mellékhatásokat.

Az aszpirin a szívinfarktus megelőzésében

Az acetilszalicilsav véralvadásgátló hatását 1950-ben Lawrence Craven jegyezte fel. Craven háziorvosként dolgozott Kaliforniában, és a mandulaműtéten átesett betegeinek fájdalomcsillapítóként és gyulladáscsökkentőként Aspergum^®-ot (aszpirin tartalmú rágógumi) írt fel.

Ezután váratlanul sok beteget kellett ellátni műtét utáni vérzéses problémákkal. Craven ezenkívül feljegyezte azt is, hogy az aszpirint rendszeresen szedő betegei között (kb. 8000 páciens) nem alakult ki trombózis, bár ezen eredményeit az orvostársadalom nem fogadta el, ugyanis placebo kontrollcsoportot nem alkalmazott vizsgálataihoz.

A későbbiekben laboratóriumi és klinikai kutatások felderítették az aszpirin pontos hatásmechanizmusát, melynek köszönhetően jó eredménnyel alkalmazzák mind a mai napig nemcsak gyulladáscsökkentőként, hanem a szívinfarktus és stroke megelőzésére is.

Miért nem Euspirin?

Az aszpirin hatóanyaga az acetilszalicilsav, amelyet németül Acetylspirsäure-nek hívnak, ugyanis a német kémiai irodalom a szalicilsavat Spirsäure-nek ismeri, mivel egyik fő forrása a réti legyezőfű (régi latin nevén Spirea ulmaria). A jól ismert Aspirin^®név a következő módon állt össze: A- mivel acetilizetett, -spir-, mert szalicilsavból van és -in a divatos gyógyszerhatóanyag- végződés, hogy könnyű legyen kiejteni. A Bayernél még egy másik név, az Euspirin is szóba került, (az Eu- a „jó” jelentést hordozta volna), de végül az Aspirin név döntöttek.

Miután nagy mennyiségben sikerült előállítani a hatóanyagot, közvetlenül orvosokhoz, kórházakhoz és gyógyszerészekhez juttatták el új terméküket. Ezenkívül szerették volna, ha az gyógyszert a használók erősen kötnék a Bayer céghez, ezért szakítottak a korábbi gyakorlattal, amely szerint a gyártó por formájában szállítja a hatóanyagot a gyógyszerésznek, aki tablettákat présel belőle. A Bayer saját maga készítette a tablettákat és a présforma segítségével minden tablettán megjelenítette a Bayer-kereszt emblémát.

Az Aspirin^® igazi sikerét az első világháború utáni pusztító spanyolnátha járvány hozta meg. Ebben a korban ez volt az egyedüli olyan gyógyszer, amellyel eredményesen lehetett a veszélyesen magas lázat csillapítani, így sok ember életét mentette meg. Hatékonyságának köszönhetően minden család házi patikájába bekerült. Az első világháborút lezáró Párizs környéki békék azonban nagy csapást jelentettek a Bayer cégnek, ugyanis ezzel elvesztette külföldi leányvállalatait és szabadalmait is. Ez volt az egyik oka annak, hogy az Aspirin^® hatóanyagát számos vállalat forgalmazhatta a világ minden pontján.