Kisgyerekként azt hittem, a kémia csak szintézisből áll

Gyurcsányi E. Róbert kémikussal, a Talentum-díj idei egyik kitüntetettjével beszélgettünk kutatási témájáról.

Kérem, röviden foglalja össze saját eredményeit! Leginkább miben fogható meg ezek újdonsága?
- A pályázat három konkrét témakörben végzett eredményeimet foglalja össze: ionszelektív elektródok fejlesztése, biokatalitikus aktivitáson alapuló szenzorok és bioanalitikai méréstechnikák fejlesztése, illetve kémiailag módosított nanopórusok/nanocsövek fejlesztése protein és DNS analízisre.

Az első témakörben olyan ionszenzorok (Ca²⁺, Pb²⁺) kifejlesztésében volt jelentős részünk, és itt most egyszerűen fogalmazok, amelyek a korábbi szenzorok által mérhető legkisebb koncentrációnál akár 6 nagyságrenddel is kisebb koncentrációk meghatározására is alkalmasak. Az alapkutatási eredményeinkre támaszkodva több ilyen rendkívül kis kimutatási határral rendelkező ionszenzort is kialakítottunk. Emellett vezető polimerek alkalmazásával (ezek olyan polimerek, melyekben egyszerre van ion és elektronos vezetés is) új miniatürizált ionszenzorokat és mikrofabrikált vérgáz analizátorokat fejlesztettünk ki.

Biokatalitikus aktivitáson alapuló szenzorok és méréstechnikák fejlesztésének témakörében olyan enzim meghatározására dolgoztunk ki szenzort, amely a bakteriális vaginozis egyik biomarkere, de szenzorokat fejlesztettünk ki biogén aminok és foszforsav-észter peszticidek meghatározására is.

A kémiailag módosított nanocsövek alkalmazásával egy új érzékelési platformot hoztunk létre, amely gyakorlatilag általánosan alkalmazható érzékelési elven működik. A biológiai eredetű makromolekulák mérettartományával megegyező méretű szintetikus nanocsövek belső falának biológiai eredetű receptorokkal való módosítását, és ezek bioérzékelésre való alkalmazási lehetőségét világszinten először bizonyítottuk be. A megfelelően kialakított nanocsövek képesek szelektíven felismerni a vizsgálni kívánt komponenst, amely bekötődése egyszerűen fogalmazva eltömi a nanocső bejáratát. Ezt a jelenséget a nanocsövön keresztül beállított ionáram csökkenésén keresztül észlelhetjük.

Milyen rövid- vagy hosszútávú gyakorlati haszonnal járhatnak saját felfedezései?
- A szenzorfejlesztési munkám során a gyakorlati hasznosíthatóság mindig fontos szempontként érvényesült. A mikrofabrikált bioszenzorok esetében ezt egyértelműen bizonyítja, hogy a munka egy része nemzetközi szabadalom részét képezi, másik része pedig diagnosztikai szempontból fontos biomarkerek konkrét meghatározását mutatja be. Az ionszelektív elektródok esetében bebizonyítottuk, hogy a vérgáz analizátorokhoz kifejlesztett új típusú szilárd belső elvezetésű elektródok analitikai teljesítménye jobb a rutinszerűen alkalmazott szenzorokénál. A kis kimutatási határú ionszelektív elektródok gyakorlati jelentősége is meghaladja a nyilvánvaló környezetanalitikai alkalmazásokat. Jelenleg világszerte erőfeszítések folynak a potenciometriás detektáláson alapuló immunanalitikai módszerek és DNS analízis megvalósítására. A szervetlen nanorészecskékkel (ezüst, arany, szervetlen nanokristályok) jelölt bioreagensek a jelölő anyag feloldásával ionokat generálnak, ami ionszelektív elektródokkal detektálható. Ez motiválta többek között a különböző anyagtranszport kontrollált kis kimutatási határú ionszelektív elektródok fejlesztésébe és miniatürizálásába fektetett munkánkat, hiszen ezek együttes megvalósítása a fluoreszcens detektálással vetekedő, de sokkal olcsóbb és egyszerűbb mikroanalitikai rendszerek fejlesztésének alapfeltételei.
A kémiailag módosított szintetikus nanopórusokon alapuló bioszenzorok fejlesztése jelenleg alapkutatási szinten van. Az általunk javasolt detektálási elv szervesen integrálódik nanoszerkezeteken alapuló, új molekuláris szintű érzékelési és elválasztástechnikai módszerek stratégiai fontosságú kutatási irányzatába és a rendkívül ígéretes eredmények alapján jelölés nélküli diagnosztikai célú DNS chipek kifejlesztésére szolgálhatnak alapot. Tekintettel arra, hogy egy nanopórus esetében akár egy molekula bekötődése is jelentős változást okozhat a nanopóruson keresztüli ionáramban, a módszer elviekben akár egy molekula detektálására is alkalmas lehet.

A Talentum-díjat hol helyezné el eddigi pályafutását áttekintve?
- A Talentum-díj a fiatal kutatói munkásságom egy rendkívül megtisztelő és nagyon magas szintű elismerést jelenti számomra. Emellett fontos kiemelnem, hogy ebben a korban egy ilyen díj erős ösztönzést és megerősítést is jelent a jövőre nézve.

Mit lehet tudni további terveiről?
- A szenzorkutató számára a legnagyobb kihívás, hogy új érzékelési mechanizmusokat fedezzen fel és értelmezzen. Ezen a területen a nanotechnológia, illetve új, a természetes receptorok felismerő mechanizmusából tanuló, de stabilabb és célra tervezhető szintetikus receptorok bevezetésében, alkalmazásában látom a legnagyobb előrelépési lehetőséget. Jelenleg a nanopórusokon alapuló érzékelés, illetve a nanokörnyezetekben történő molekuláris felismerő folyamatok megértése és felhasználása foglalkoztat. Emellett, együttműködések keretében új szintetikus ligandumok (pl. aptamerek, ionoforok, szintetikus DNS analógok) bevezetésén is dolgozunk.

Fontosnak találom, hogy az alapkutatás mellett a gyakorlatban vagy akár kereskedelmi forgalomban használt eszköz is szülessen munkánkból. Ennek megfelelően az alapkutatási eredmények konkrét alkalmazásait is szem előtt tartjuk.