Dr. Balázsi Csabával, az MTA-MFA Kerámiák és Kompozitok Osztályának vezetőjével.
Milyen kutatási irányvonalakkal foglalkozik az MFA Kerámiák és Kompozitok Osztálya?
Az MTA-MFA (Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet) Kerámiák és Kompozitok Osztálya több kerámiához kötődő tevékenységet végez. Az osztály fő feladata a technológiai jellemzők, a mikro- és nanoszerkezetek és a tulajdonságok összefüggéseinek tanulmányozása kerámiákban és keramikus kompozitokban. Ide tartoznak a magashőmérsékletű alkalmazásokra kifejlesztett kerámiák, így a szilicium-nitrid és kompozitjai. A kutatóterülethez kapcsolódik még a volfrámoxid-szenzorok és a hidroxiapatit biokerámia fejlesztése is. Az osztály egyik súlyponti feladata a hidroxiapatit nanoszerkezetek kutatása biokompatibilis kompozit-bevonatokhoz.
Milyen anyagokból lehet biokerámiát előállítani, és mire hasznosíthatók a biokerámiai fejlesztések?
Kicsit meglepőnek hangzik, de tojáshéjból állítunk elő biokerámiai anyagot. Az ötlet annyiban nem újkeletű, hogy ausztrál kutatók már korábban kísérleteztek korallokkal. Ezekből a tengeri élőlényekből alacsony hőmérsékletű kémiai eljárásokkal hidroxiapatitot nyertek, és ezt az anyagot használták fel bizonyos orvosi alkalmazásokban.
5.-es biológiakvíz: hány veséje van egy embernek? – 10 kérdés az emberi testről
Innen jött az ötlet, hogy nanotechnológiai, környezetvédelmi és orvosi szempontokat is figyelembe véve, fontos nyersanyaghoz jussunk. A tojáshéj mindhárom szempontból beváltotta a hozzá fűzött reményeket.
A belőle nyert nyersanyag, a hidroxiapatit, nanoszerkezetű korszerű orvosi kerámia. Környezetvéldelmi szempontból is hasznos, mivel előállításával egy sokak által eldobandó mellekterméket hasznosítunk.
Mit érdemes tudni a hidroxiapatitról?
A tojáshéjból egy bonyolultnak tűnő, de valójában igen egyszerű eljárással nanoszerkezetű hidroxiapatit állítható elő. Ez az anyag az, amely az emberi csont 70%-át alkotja, emellett a csont még kollagéneket és vizet tartalmaz. Ily módon egy biokompatibilis és bioaktív anyagot sikerült nyernünk közönséges tojáshéjból.
Miért éppen a magyar tojáshéj jó a kutatás céljára?
A kísérleteinkben felhasznált magyar tojáshéj a tojás összsúlyának mindössze 11%-a, és összetételét tekintve 94%-ban kalcium-karbonát, 1% kálcium-foszfát, 1% magnézium-foszfát és egyéb szerves anyagokból (4%), illetve nyomelemekből például cinkből áll.
Meggyőződésem, hogy egy amerikai csirkrefarmról begyűjtött tojáshéj más paramétereket mutatna, mint a magyar. Az alapanyag minősége természetesen függ attól, hogy milyen táplálékkal etetik a szárnyasokat.
Kik támogatják ezt a nagyszabású projektet?
Mintegy két éve kezdtük el a kutatást, és mellénk állt az NKTH Öveges József programja, és külön örvendetes, hogy az MTA-n keresztül az NSF (National Science Foundation) is támogatja a projektet.
Milyen kutatócsoportokkal dolgoznak együtt?
Az NSF (National Science Foundation) égisze alatt működő bilaterális projektben, a Stony Brook New York-i Egyetemmel közreműködve kutatjuk ezt a területet. Együtt fejlesztettük tovább az anyagnak az alkalmazását.
Biopolimerekbe kevertük a hidroxiapatit nanoszemcséket, és ezáltal orvosi szempontból nagyon érdekes vattaszerű anyagot állítottunk elő.
Ezen a vattaszerű anyagon jelenleg is folynak sejtkompatibilitási vizsgálatok a Stony Brook Egyetemen. Ez az anyag orvosi szempontból azért jelentős, mert olyan szemműtéteknél, ahol eltávolítják a szemgolyót, implantátumot ültetnek be. Ilyenkor ezzel az anyaggal töltik ki a fennálló szemüreget, így az implantátum nem mozdul el, stabil marad. A biopolimert a szervezet lebontja, a hidroxiapatit pedig szövetbarát.
A szemen kívül lehet még alkalmazni más területeken is?
A polimerbe bevitt hidroxiapatit elsősorban bioaktivitása és biokompatibilitása miatt érdekes. A polimer alapú vattánál elképzelhetőek arc-sebészeti beavatkozások. Ott nem elsőrendű fontosságú az anyag mechanikai tulajdonsága.
A csontpótlásoknál, ahol szilárdságot, szívósságot kell biztosítani, előtérbe kerülnek a mechanikai tulajdonságok, így a szilárdság, a kopásállóság is (pl. térdízületnél).
Ismeret tény, hogy ha a titánimplantátumot hidroxiapatittal vonják be, akkor jobban beépül. Ez az anyag kiválóan alkalmas arra, hogy a fémötvözeteket, így az acél- és titánimplantátumokat beburkolják vele.
Milyen alkalmazások képzelhetők még el hidroxiapatittal?
Másik alkalmazása lehet olyan hidroxiapatit kerámia-kompozitok kidolgozása, amelyek az emberi csontéhoz hasonló szilárdsággal, szívósággal és porozitással bírnak. Így a tojáshéjból voltaképpen csontimplantátumot hozhatunk létre.
Sőt jó alkalmazási lehetősége lenne a fogászatban is, például fogbevonatoknál, hiszen az anyag kompatibilitást mutat nem csak a csonttal, hanem a foggal is. A hidroxiapatit rendkívül erősen képes kötődni a csontos állományokhoz.
A harmadik alkalmazás lehet egy ún. vattaszerű anyag és a hidroxiapatit porózus kompozit. Ennek az anyagnak víztisztítási szempontból kiváló tulajdonságai vannak.
Olyan szűrőket tudunk előállítani hidroxiapatitból, amely ioncserés eljárással jól tisztítja a szennyvízet. Ennek ipari alkalmazása a közeljövőben komoly méreteket ölthet.
Ennyi tojáshéjat előteremteni nem egyszerű dolog.
A laboratóriumi kutatásra és tesztelésre elég volt az a mennyiség, amennyit maga a kutatócsoport "termelt" a reggelik alkalmával. Nyilván a nagyobb mennyiségért érdemes felvenni a kapcsolatot egy olyan vállalattal, ahol nagy volumenben termelődik melléktermékként tojáshéj. Ilyen lehet pl. Bábolna vagy más élelmiszeripari gyár.
Milyen más, érdekes nyersanyagbázissal kísérletezik még a kutatócsoport?
Kutatás szempontjából a tengeri kagylóhéj lehet még ígéretes, és keressük a kapcsolatot az ausztrál kutatókkal is, hogy hogyan tudjuk a korallokat átkonvertálni.
Sikerült már potenciális érdeklődőkre szert tenni?
Igen, a víztisztítás iránt már van érdeklődés. Az orvosi alkalmazás a hightech csoportba tartozik, az egy másik szegmens. Itt némileg időigényesebb a kutatómunka megtérülése.
Milyen berendezésekkel végzik a kutatást?
Az osztályon GVOP pályázatokból olyan berendezéseket szereztünk be, mint pl. a nagyhatékonysággal diszpergáló, homogenizáló és nanoszemcsés kerámiákat eredményező attritor malom, amely a hidroxiapatit nanostruktúrák előállításához nélkülözhetetlen.
Ez is érdekelhet
Az intézetben (MTA-MFA) egyébként minden érdeklődő számára rendelkezésre áll egy olyan nanotechnológiai kutatóbázis, amely segítségével kutatható, felderíthető a nanoszemcsékben rejlő potenciális lehetőség.
