Előadáskivonatok

Biró László Péter MEGHÍVOTT ELŐADÓ

HUN-REN EK MFA, Budapest

Szerkezeti színek lepkeszárnyon: a szexuális kommunikációtól a fotokatalízisig

Biró László P.(1), Piszter Gábor(1), Kertész Krisztián(1), Baji Zsófia(1), Vértesy Zofia(1), Horváth Zsolt E.(1), Márk Géza I.(1), Kovács Dávid(1), Zámbó Dániel(1), Bálint Zsolt(2), Nagy Gergely(3), Pap József S.(3)

(1)HUN-REN, Energiatudományi Kutatóközpont, Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet, Budapest, Magyarország
(2)Magyar Természettudományi Múzeum, Budapest, Magyarország
(3)HUN-REN, Energiatudományi Kutatóközpont, Felületkémiai és Katalízis Laboratórium, Budapest, Magyarország

A visszavert fény színe attól függ, hogy milyen változásokat szenved az adott felületről visszaverődő fehér fény. Két nagyon eltérő módon lehet visszavert színt létrehozni: a fény szelektív elnyelése által (“kémiai szín” atomok és molekulák elnyelése), és a fény szelektív visszaverése által (“fizikai szín” fotonikus kristály típusú nanoarchitektúrák visszeverése).
A fotonikus kristály típusú nanoarchitektúrák két átlátszó anyag kompozitjai, amelyeknek eléggé eltér a törésmutatója ahhoz, hogy kialakuljon az ún. fotonikus tiltott sáv (photonic band gap, PBG) [1]. A PBG hasonló a szilárdtestfizikából elektronok esetében jól ismert tiltott sávhoz, ettől eltérően azonban, nem atomi léptékű szerkezetekben, hanem olyanokban képződik, amelyekben a törésmutató váltakozása a fény hullámhosszával megegyező skálán történik. Ha az alkotó anyagok törésmutatója eléggé különbözik, akkor egy megadott hullámhossz tartományban a fény képtelen terjedni a PBG agyagban, és visszaverődik a felszínéről.
Igen figyelemre méltó, hogy a biológiai evolúció sok millió évvel az emberek előtt fedezte fel a fotonikus nanoarchitektúrákat. Például, a lepkék kék és zöld színei szerkezeti eredetűek. A BPG nanokompozit kitinből és levegőből épül fel. Komplex nanoarchitektúrák fordulnak elő számos lepkefaj fedőpikkelyeiben és egy elképesztően szép, széles színtartományt fednek le az UV-tól a zöldig [2]. A szerkezeti színek leggyakrabban a hímek szárnyain fordulnak elő és a párkereséséi szexuális kommunikáció során játszanak szerepet.
A fotokatalízis során a bőségesen rendelkezésre álló napenergia közvetlenül kémiai átalakulásokat idéz elő – a fény által gerjesztett töltéshordozó segítségével – egy félvezető felszínén adszorbeálódott molekulákban. A töltéshordozó fény általi gerjesztése akkor történhet meg, ha a félvezetőre eső fény energiája elégséges ahhoz, hogy az elektronokat a tiltott sáv fölé gerjessze, vagy olyan körülmények állnak elő, hogy több fénykvantum egyidejű elnyelése gerjessze az elektront. Ez utóbbi folyamat elősegíthető az ún. „lassú fény” jelenség által, ami a PBG anyag felszínén jön létre. Ennek alkalmazásával a ZnO – egy olcsó, bőségesen hozzáférhető, de sajnos UV tiltott sávval rendelkező félvezető – fotokatalítikus hatékonysága jelentősen növelhető a látható fénnyel történő megvilágítás során. A szerkezeti színnel rendelkező lepkeszárnyakkal néhány nanométeres, konformális ZnO réteggel történő beborítás, és Cu2O nanorészecskékkel dópolás után megvalósítható ez a célkitűzés [3].
Források: Ezt a kutatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal – NKFIH támogatta az OTKA PD 143037 (G.P.) and OTKA FK 142148 (Z.B.) projektek kertében. A TKP2021-NKTA-05 (L.P.B.) projektet a Kulturális és Innovációs Minisztérium támogatta a TKP21021 program keretében. A szerzők köszönetet mondanak az Európai Unió Szerkezeti és Beruházási Programja keretében a VEKOP-2.3.3-15-2016-00002 támogatásért. P. G. munkáját a Bolyai Ösztöndíj támogatta.

[1] Biró, L. P., & Vigneron, J. P. (2011). Photonic nanoarchitectures in butterflies and beetles: Valuable sources for bioinspiration. Laser and Photonics Reviews, 5(1), 27–51. https://doi.org/10.1002/lpor.200900018
[2] Piszter, G., Kertész, K., Bálint, Z., & Biró, L. P. (2023). Wide-gamut structural colours on oakblue butterflies by naturally tuned photonic nanoarchitectures. Royal Society Open Science, 10(4). https://doi.org/10.1098/rsos.221487
[3] Piszter, G., Kertész, K., Kovács, D., Zámbó, D., Baji, Z., Illés, L., Nagy, G., Pap, J. S., Bálint, Z., & Biró, L. P. (2022). Spectral Engineering of Hybrid Biotemplated Photonic/Photocatalytic Nanoarchitectures. Nanomaterials, 12(24), 4490. https://doi.org/10.3390/nano12244490

Digitális fényképek, kifeszített hím Arhopala lepkékről. (a) Arhopala asopia, (b) A. nobilis, (c) A. tephlis, (d ) A. araxes, (e) A. eumolphus.

Kilin Viktor Fiatal kutatók előadói versenye

Semmelweis Egyetem Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet, Budapest

A periféria és a központi idegrendszer kommunikációja

Kilin Viktor(1), Lunacsek Róbert(1), Vetési Gergely(1), Hegyesi Hargita(2), Kozsurek Márk(1), Polgár Tamás Ferenc(3), Patai Roland(3) Alpár Alán(1), Puskár Zita(1)

(1)Semmelweis Egyetem, Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet
(2)Semmelweis Egyetem, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet
(3)Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet

A periféria és a központi idegrendszer közötti kommunikáció megismerése kiemelt fontosságú neuropszichiátriai és neurodegeneratív betegségek kialakulásának megértésében. Munkánk során a Complett Freund-adjuvánssal (CFA) létrehozott peritoneum gyulladás (peritonitis) gerincvelői reprezentációját vizsgáltuk.
A gyulladás kialakulása alatt vizsgáltuk a hashártyán bekövetkezett, valamint a gerincvelőben létrejött sejtszintű morfológiai változásokat. Korábbi vizsgálataink szerint az intraplantaris karragénnel kiváltott gyulladás egy multifunkciós membránfehérje a dipeptidil peptidáz 4 enzim (DPP4), a Toll-like receptor 4 (TLR4) és caveolin expressziójának növekedését és ezek interakcióját eredményezte, ami gyulladásos citokinek fokozott termeléséhez vezetett. Ezen fehérjék expressziós változását vizsgáltuk mind a hashártyán mind a gerincvelőben konfokális mikroszkóppal és western blot segítségével.
A vér mononucleáris sejtjei (PBMC) a gyulladásos folyamatok beindításának egyik kulcsszereplői. A gyulladásos folyamatok in vitro modellezésére PBMC sejtkultúrákat hoztunk létre, amelyek egy részét Toll-like receptor 4 (TLR4) agonista LPS–sel kezeltük és az általuk kibocsátott mediátorokat vizsgálatuk az extracelluláris térben. Megnéztük, hogy a PBMC-k egymással, illetve nem vér eredetű, hátsógyöki ganglion sejtekkel képesek-e kommunikálni az extracelluláris térben megtalálható mediátorokkal.
Eredményeink szerint a mesothel sejtek morfológiai változásaival párhuzamosan a gerincvelői glia sejtek morfológiai változásai is nyomonkövethetők. DPP4, TLR4 és caveolin expressziója CFA-val kiváltott gyulladásban is megemelkedett mind a hashártyában, mind a gerincvelőben. TLR4 aktivációt eredményező LPS stimulus hatására kibocsátott mediátorokat mind a natív PBMC-k, mind a hátsógyöki ganglionsejtek nagy mennyiségben vették fel. Ezen eredményeink azt mutatták, hogy perifériás gyulladás alatt mind a PBMC-k egymással, mind a perifériás, mind a központi idegrendszer sejtjeivel intenzíven kommunikálnak.

Hashártyán bekövetkező morfológiai változások peritonitis során

Elaouni Aicha Fiatal kutatók előadói versenye

Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Hungary, Szeged

A felületaktív anyagok hatása a ZnO/Bi2WO6 heteroszerkezetek előállítására hidrotermikus módszerrel: Jellemzés és a fotokatalitikus aktivitás értékelése

Aicha Elaouni(1,2), Gergő Ballai(2), Ákos Szamosvölgyi(2), Zoltán Kovács(2), Zsolt Pap(2), Henrik Haspel(2,3), Zoltán Kónya(2,3), Hassan Ait Ahsaine(1), Mohamed Saadi(1)

(1)Mohammed V University in Rabat - Faculty of Science, Centre des Sciences des Matériaux, Laboratoire de Chimie Appliquée des Matériaux, Rabat, Morocco
(2)Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary
(3)HUN-REN-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, University of Szeged, Szeged, Hungary

A facile hydrothermal reaction was employed to construct Bi2WO6 of a 3D flowerlike morphology, utilizing two different surfactants: hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) and polyvinylpyrrolidone (PVP). Commercial ZnO was loaded onto the resulting product, and the formation mechanism of ZnO/Bi2WO6 was investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and UV-vis spectroscopy. Photocatalytic performance was characterized by the degradation of the model pollutant phenol under UV light irradiation followed by high-performance liquid chromatography (HPLC). It was revealed, that beyond morphological control, the introduction of CTAB surfactant induced an unnoticed doping effect. The latter significantly impacts both the structure and the photoactivity of the photocatalyst. Consequently, this led to an extension of its optical absorption upon loading with ZnO. This study provides novel insights into the roles of surfactants in the synthesis of Bi2WO6-based photocatalyst, and on their photocatalytic activity.

SEM kép a CTAB felületaktív anyagot használó ZnO/Bi2WO6 szintetizálásával készült mintáról.

Soós Ádám Fiatal kutatók előadói versenye

Semmelweis Egyetem, Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet, Budapest

Transzdifferenciált humán neurális sejtek neurosphere irányú differenciáltatása és transzplantálása ganglionmentes vastagbélbe

Soós Ádám(1), Szőcs Emőke(1), Nagy Nándor(1)

(1)Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet, Semmelweis Egyetem, Budapest

A bélidegrendszer kritikus szerepet játszik a gasztrointesztinális traktus működésében. Hibás funkciójának hátterében számos olyan fejlődési rendellenesség áll, amelyek a dúclécből származó idegi őssejteket érinti. A regeneratív medicina ígéretes lehetőséget kínál veleszületett neurointesztinális betegségek személyre szabott őssejtes kezelésére. Kutatásunk a dentális pulpa-eredetű mesenchymális őssejtek (DPSC-k) szöveti regenerációra való felhasználásának lehetőségeit vizsgálja. A felnőtt fogakból izolálható DPSC-k a bélidegrendszerhez hasonlóan dúclécből származó őssejtek, amelyeket vírusvektorral transzfektálva direkt neurális irányba lehet programozni. A fogakból történő izolálása feloldja az egyéb őssejtforrásokkal kapcsolatos etikai aggályokat. Kísérletes munkánk során neurális irányba direkt átprogramozott DPSC-ből sejttenyésztési eljárással idegi sejtaggregátumokat (neurosphere) hoztunk létre. A neurosphereket immuncitokémiai módszerekkel karakterizáltuk és 5 napos csirke embryok ganglionmentes vastagbélszakaszába transzplantálva követtük szöveti differenciálódásukat. A DPSC-k felhasználásával a kutatásunk kiemelt célja, a normális bélidegrendszer helyreállítása a bélidegrendszert érintő neurocristopathiák esetén.

Idegi sejtaggregátum (neurosphere) dentális pulpa-eredetű mesenchymális őssejtekből. Tuj1 marker a korai neuronokon látható, míg HNK1 pozitivitás a dúclécből származó sejteket jelöli. A sejtmgok DAPI-val vannak jelölve.

Sen Pialy Fiatal kutatók előadói versenye

DE AOK, Debrecen

Impact of lamin A on PPARγ-DNA binding and chromatin dynamics

Pialy Sen, Anshu Kumar Sharma, László Imre, Péter Viktor Nagy, Gábor Szabó, Katalin Tóth*, György Vámosi*

Department of Biophysics and Cell Biology, Faculty of Medicine, Doctoral School of Molecular Cell and Immune Biology, University of Debrecen, Debrecen, Hungary
*Senior authors

Introduction: Lamin A is a component of the nuclear lamina encoded by the LMNA/C gene, which forms a meshwork at the periphery of the nucleus and interacts with hetero- and euchromatin. It is also present in nucleoplasm. PPARγ is a nuclear receptor regulating lipid homeostasis. It heterodimerizes with RXR and works in a ligand-dependent manner.
Aims: Previous findings showed that Lamin A plays an important role in maintaining the viscoelastic properties of chromatin. Lamin A mutation or KO inhibits adipogenesis by reducing PPARγ expression in mouse cells. We were interested in whether Lamin A affects PPARγ mobility and DNA-binding, chromatin dynamics, and hetero/euchromatin distribution in the nucleus.
Methods: We cloned EGFP-tagged PPARγ and created stable cell lines by viral transduction of mouse adult WT (MAF-LMN A+/+) and KO (MAF-LMN A-/-) cells. We studied the mobility of PPARγ by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and chromatin distribution by immunolabelling and confocal imaging.
Results: By using FCS, we identified a slow DNA-bound and a fast freely diffusing or transiently bound PPARγ population. In the absence of ligand, the slow fraction of PPARγ decreased in KO compared to WT cells. Ligand treatment (rosiglitazone, RSG, 1 μM) caused a significant increase of the slow fraction in both cells, which overrode the decrease caused by the lack of lamin A, but the diffusion coefficients remained unchanged. To study the different states of the chromatin we used agarose-embedded MAF (WT/KO) cells and performed immunofluorescence labeling modified histones in the euchromatin (H3K4me3), constitutive (H3K9me3) and facultative heterochromatin (H3K27me3). The average granule size of euchromatin and constitutive heterochromatin decreased in KO cells, while that of facultative heterochromatin did not change relative to the WT. Pearson’s correlation analysis revealed that the PPARγ has a lower colocalization with constitutive and facultative heterochromatin in KO cells than in WT cells, whereas colocalization with euchromatin did not change.
Conclusion: Lamin A plays a role in the distribution and granularity of euchromatin and heterochromatin and its absence weakens PPARγ-DNA binding.

Impact of lamin A on PPARγ-DNA binding and chromatin dynamics

Kertész Borbála Fiatal kutatók előadói versenye

BrainVisionCenter, Budapest

Képalkotás dendritikus feszültség- és kalcimujelekből vizuális diszkrimináció során

Kertész Borbála(1), Jász Anna(1), Bartók Helén(1), Kovács Péter(3), Szadai Zoltán(1), Mezriczky Zsolt(3), Chiovini Balázs(3), Rózsa J. Balázs(1, 2, 3)

(1)BrainVisionCenter, Budapest
(2)Neuronhálózat és Dentritikus Aktivitás Kutatócsoport, HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet, Budapest
(3)Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Kar, Budapest

Bár a dendritikus jelátvitel erősen befolyásolja az szenzoros feldolgozást és a tanulást, a dendritikus integráció és a szomatikus kimenet közötti kapcsolat még nem teljesen ismert. A projekt célja, hogy megvizsgáljuk a kapcsolatot egy vizuális tanulási paradigma különböző aspektusai és különböző dendritikus események, például akciós potenciálok, burstök vagy küszöb alatti események között. E cél elérése érdekében feszültség- és kalciumjel-válaszokat rögzítettünk és elemeztünk, különös hangsúlyt fektetve e jelek időbeliségére, együttes előfordulására és terjedésére az agykéreg különböző mélységeiben.
Akuszto-optikai eltérítőkön alapuló, kétfotonos 3D lézerpásztázó mikroszkópiát használtunk, hogy megfigyeljük az agykéreg 5., illetve 2-3. rétegében található piramissejtjek apikális dendriteket – a törzstől a disztális nyúlványokig – kontrollált vízhozzáféréssel rendelkező egerek elsődleges látókéregében, vizuális diszkriminációs feladatok során. Vagy egyszerre mértünk jRGECO1a (kalcium) és JEDI-2p (feszültség) szenzor jeleket, vagy csak JEDI-2p ill. ASAP3 (feszültség) jeleket. A vizuális ingerek alatti dendritikus események vizsgálatához az egerek vizuális diszkriminációra tanító feladatokban vettek részt, a próbák felében véletlenszerűen adott jutalmakkal. Különböző orientációjú és irányú sodródó csíkos vizuális ingereket vetítettünk. A dendriteket 3D vonalakkal és négyzet formájú mezőkkel mértük, kihasználva az AO mikroszkóp 3D drift-szkennelési funkcióját. Ez a módszer lehetővé teszi a gerjesztési pont gyors mozgatását a 3D térben, miközben folyamatosan rögzítjük a fluoreszcencia adatokat anélkül, hogy a felvétel során ugyanazt a pásztázási pozíciót kellene tartani.
Eredményeink azt mutatják, hogy vizuális ingerek hatására különböző típusú feszültségjelek jelennek meg, amelyek analógnak tűnnek a kalciumjelekkel, és a dendrit egész terjedelmében megjelennek. Ez arra utal, hogy a kalcium- és a feszültségszenzorok által mutatott jelek forrása és iránya meghatározása lehetséges. A betanítási fázis során mértük az állatok dendritikus aktivitását, miközben a jutalmazott és nem jutalmazott vizuális ingerek megkülönböztetésére tanítottuk őket. t. Méréseink különböző körülményekhez, például a vizuális ingernek a jelenlétéhez vagy hiányához, valamint a jutalom- vagy hibajelzésekhez kapcsolódó dendritikus eseményeket detektáltak. Következő lépésünk e feszültségjelek összetételének és terjedésének mélyreható elemzése lesz.

Képalkotás dendritikus feszültség- és kalcimujelekből vizuális diszkrimináció során - grafikus absztrakt

Tóth Boglárka Fiatal kutatók előadói versenye

HUN-REN KOKI, Budapest

Ötödik rétegi kortiko-talamikus pályák axonterminálisainak kvantitatív összehasonlítása szenzoros és motoros területeken

Tóth Boglárka(1), Bokor Hajnalka(1), Hádinger Nóra(1), Acsády László(1)

(1)Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet, HUN-REN, Budapest, Magyarország

A frontális és a szenzoros ötödik rétegi (L5) kortiko-thalamikus pályák számos anatómiai különbséggel rendelkeznek. A szenzoros agykérgi területekről kiinduló 5. rétegbeli pályák nagy méretű boutonokat képeznek a relésejtek proximális dendritjein, és a talamusz retikuláris magján, a talamusz fő GABAerg bemenetén kollaterálisok adása nélkül haladnak át. Csoportunk nemrégiben vizsgálta különböző frontális agykérgi régiók L5 kortiko-talamikus útvonalát, és többszörös eltérést fedezett fel a szenzoros kortiko-talamikus L5 útvonalakhoz képest. A frontális kortiko-talamikus L5 afferensek kis boutonokat alkottak és a talamusz retikuláris magját innerválták.
A talamuszban lévő L5 boutonok méretkülönbségének kvantitatív elemzéséhez YFP fehérje kódját tartalmazó adeno-asszociált vírust injektáltunk RBP4-cre, 5. réteg specifikus egerek primer szenzoros kéregébe (n=3) és szekunder motoros kéregébe (n=2). A 3 hetes túlélési periódus után az egereket feláldoztuk, és az agyakat fénymikroszkópos képalkotáshoz előkészítettük. A képalkotáshoz Nikon C2 mikroszkópot használtunk; (60x objektív olajimmersziós, NA = 1.40; képméretek: 70 x 70 x 10 mm, pixelméret: x, y: 0,087 m, z: 0,125 m). A konfokális felvételeket a primer szenzoros kéregből érkező boutonokról nucleus posteriorban (PO), míg a szekunder motoros kéregből érkező boutonokról a nucleus ventromedialis (VM) területén készítettük. A konfokális felvételeket a Huygens szoftver segítségével dekonvolváltuk. A konfokális Z-stack képeken a boutonokat kézzel azonosítottuk és körvonaloztuk a legnagyobb keresztmetszetükön, képelemzéshez a Fiji ImageJ szoftvert használtunk.
A szenzoros L5 kortikotalamikus afferensek esetében a korábban leírt óriás, "rózsabimbószerű" boutonokat találtuk, hanem meglepő módon számos kisméretű boutont is, a boutonok átlagos mérete a területen 0,84 ± 0,46 mm2 volt (n=714). Az M2 L5 kortikotalamikus boutonok esetében kizárólag kis boutonokat találtunk, a boutonok átlagos mérete a területen 0,47 ± 0,11 mm2 volt (n= 429). A boutonok a két területen nem mutattak normális eloszlást (Kolmogorov-Smirnov teszt pPO < 0,0001; pVM = 0,006), Mann-Whitney teszttel vizsgálva szignifikáns különbséget találtunk a szenzoros S1 és a frontális, motoros M2 pályák méreteloszlásában (p<0,0001).
Eredményeink azt mutatják, hogy az L5 boutonok mérete a talamuszban az azt adó kérgi területtől függ. Ez arra utal, hogy az L5-thalamus pályák anatómiai tulajdonságai az adott kortiko-thalamus hálózat működésének szükségleteihez igazodnak.

Kísérleti felállás és konfokális mikroszkóp.

Fazekas Gábor Fiatal kutatók előadói versenye

HUN-REN SZBK, Szeged

Spinning disk mikroszkóp felhasználása nagysebességű sokcsatornás leképezésre

Fazekas Gábor, Steinbach Gábor

HUN-REN Szegedi Biológiai Kutatóközpont

A mikroszkópok története több mint 400 éves múltra tekint vissza. Az évszázadok alatt nagyon sokat fejlődött a technika és a tudomány, ezekkel együtt a mikroszkópia is. Különböző szenzorok megjelenésével pedig megörökíthetővé váltak a mikroszkópban látott képek. Mostanra már a mikroszkópos méréseinknél szeretnénk, ha a mintánkat 3D-ben vizsgálhatnánk, a képek mihamarabb elkészülnének és a képek minősége is kiemelkedő legyen. A konfokális mikroszkópok segítségével a biológiai minták többségének a belsejébe is bepillantást nyerhetünk. A lézeres pásztázó mikroszkópokkal kiváló képeket lehet csinálni, de viszonylag sok időt vesz igénybe a képalkotás, így egyes mintákról nehéz képet nagyméretű, nagyfelbontású, térbeli képet készíteni velük. Erre nyújt megoldást a spinning disk mikroszkóp, ami rendkívül gyorsan csinál jó minőségű képeket. Amíg a lézeres pásztázó mikroszkópnál 1 pinhole által lehet elérni, hogy a mintánkat z irányban szeletekre bontsuk, addig a spinning disk esetében körülbelül 20 000 pinhole van egy lemezen, amit forgatunk. A spinning disk mikroszkóp esetében szenzorként nem is detektort, hanem kamerát használunk, ez is elősegíti a lehető leggyorsabb képalkotást, ami a kamera sebességén kívül a lemez forgatásának a sebességétől függ. Az is előfordul, hogy a mintánk nagyon érzékeny a fényre, erre is jó megoldás a spinning disk mikroszkóp, mivel a gyors képalkotáson túl a lézer intenzitásnak sem kell olyan erősnek lennie, mint a lézeres pásztázó mikroszkóp esetében. Az előadásomban bemutatom, hogy hogyan működik a spinning disk mikroszkóp, az eddig felsoroltokon túl milyen előnyei vannak és miért lehetségesek ezzel a fajta mikroszkóppal.

Majomagy nagy területű leképezése

Máté-Schwarcz Dóra Anett Fiatal kutatók előadói versenye

HUN-REN KOKI, Budapest

Mikrogliális kontaktológia – avagy a mikroglia sejtek kapcsolathálózatának feltérképezése a mikrométeres felbontástól a nanométeres tartományig

Schwarcz Anett(1,2), Cserép Csaba(1), Szabadits Eszter(1), Dénes Ádám(1)

(1)Neuroimmunológia Laboratórium, HUN-REN KOKI, Budapest, Hungary.
(2)Szentágothai János, Semmelweis Egyetem Idegtudományi Doktori Iskola, Budapest, Hungary

A mikroszkópos technikák dinamikus fejlődése újabb és újabb lehetőségeket nyújt a biológiai folyamatok átfogó tanulmányozására. A széles felbontási tartományt lefedő módszertani paletta alkalmazása ugyanakkor megköveteli a megfelelő kérdésfelvetést és a pontos vizsgálati célpont meghatározását, melyek hiányában nehezen kaphatunk releváns vizsgálati eredményeket. A következőkben saját munkámból kiemelt példákon keresztül szeretném bemutatni a különböző felbontási képességgel rendelkező mikroszkópos modalitások alkalmazását az idegtudományok területén.
Kutatásaink középpontjában a mikroglia sejtek állnak, melyek az agy legfőbb immunsejtjei. Ezek a sejtek nélkülözhetetlenek az agy normális működéséhez, fontos szerepet töltenek be az agy homeosztázisának fenntartásában, az idegsejtek megfelelő fejlődésének, működésének, a szinaptikus kapcsolathálózatuk kialakulásának, illetve a a gyulladásos folyamatok szabályozásában. Ezen felül az agyi véráramlás irányításában is szerepet játszanak. Ezen komplex feladatok ellátása megköveteli a mikroglia és az agy többi sejtje közötti folyamatos kommunikációt. Ugyanakkor jelenlegi ismereteink meglehetősen hiányosak a mikroglia idegsejtekkel, más gliasejtekkel, valamint az ereket alkotó sejtekkel létesített sejt-sejt kapcsolatait illetően.
Kutatásunk során a mikrométeres nagyítástól a nanométeres tartományú felbontásra képes különböző mikroszkópos módszerek alkalmazásával tárjuk fel a mikroglia sejtek kapcsolathálózatát. A kisebb felbontástól indulva slide scanner mikroszkóppal először megvizsgáltuk a gliasejtek (mikroglia, asztrocita, oligodendrocita) és az idegsejtek elhelyezkedését és heterogenitását az agykéregben. Ezzel a módszerrel kisebb felbontásban, de gyorsan sok mintáról kaphatunk információt a vizsgált sejtek eloszlásáról és mennyiségéről. Ezt követően a nagyobb felbontású konfokális lézer-pásztázó mikroszkóppal közelebbről vizsgáltuk meg, hogy egy mikroglia sejt egy adott időpillanatban hány különböző sejttel és milyen kapcsolatot létesít. Majd pedig a nanométeres felbontás elérése érdekében pásztázó elektronmikroszkópos sorozatmetszet tomográfiával igazoltuk, hogy a diffrakció-korlátozott konfokális mikroszkóppal megjelenített, feltételezett érintkezési helyek valódi közvetlen kapcsolatok, ahol a mikroglia és a többi sejt plazmamembránjai nanométeres közelségbe kerülnek egymáshoz. Továbbá ezen felvételek segítségével feltárhatjuk a különböző kapcsolatokra jellemző sejteken belüli ultrastruktúrát. A kapcsolatok dinamikájának és funkciójának vizsgálata érdekében eltérve az eddig főként anatómiai mikroszkópos eljárásoktól, in vivo két-foton mikroszkópiát alkalmazunk. Vizsgálatainkkal meghatározhatjuk az egyes kapcsolatok élettartalmát, stabilitását és a kapcsolatban szerepet játszó szignalizációs útvonalakat a rendelkezésre álló transzgénikus állatmodellek segítségével. Ezeknek a különböző mikroszkópos eljárásoknak az együttes alkalmazásával teljes képet kaphatunk a mikroglia sejtek más sejtekkel alkotott kapcsolatrendszerének mind az anatómiai felépítéséről, mind pedig a funkcionális szerepéről. Vizsgálatainkat egér-, humán felnőtt és idős mintákon is elvégezzük, mely eredményekkel közelebb kerülhetünk az öregedés és az azzal összefüggő - pl.: Alzheimer-kór - neurodegeneratív idegrendszeri kórképek hátterében álló szubcelluláris folyamatok megértéséhez.
A KDP-12-10/PALY-2022 számú projekt a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a KDP-2021 pályázati program finanszírozásában valósult meg. A projektet a Richter Gedeon Talentum Alapítványa (1103 Budapest, Gyömrői u. 19-21.) támogatta.

Mikrogliális kontaktológia

Faludi Péter Fiatal kutatók előadói versenye

PTE ÁOK Élettani Intézet, Pécs

A PACAP központi hatásai a hipotalamusz-hipofízis-gonád (HPG) tengelyre egerekben

Faludi Péter(1), Lengyel Ferenc(1), Barabás Klaudia(1), Udvarácz Ildikó(1), Pham Dániel(2), Reglődi Dóra(2), Nagy Zsuzsanna(1), Kovács Gergely(1)

(1)Élettani Intézet, Általános Orvostudományi Kar, Pécsi Tudományegyetem, Pécs
(2)Anatómiai Intézet, Általános Orvostudományi Kar, Pécsi Tudományegyetem, Pécs

Bevezetés: A hipofízis adenilát-cikláz aktiváló polipeptid (PACAP) a vazoaktív intesztinális (VIP) neuropeptid család tagja, amely számos releasing és trop-hormon szabályozásában vesz részt, az intracelluláris cAMP-termelés serkentésével. Emlősökben a hipotalamusz-hipofízis-gonád (HPG) tengely szabályozza a nemi hormonok szintézisét és felszabadulását, valamint a gametogenezist. Bár a PACAP termékenységre gyakorolt hatása ismert, a PACAP hipotalamikus GnRH és kisspeptin neuronokra gyakorolt hatásmechanizmusa nem is mert részletesen, amelyek a HPG tengely legmagasabb szabályozási szintjének kulcsfontosságú elemei. Korábbi kísérleteinkben olyan hipotalamikus változásokat mutattunk ki, amelyek hozzájárulhatnak a PACAP knockout (KO) nőstény egerekben megfigyelt szabálytalan ösztrusz ciklushoz.
Cél: Jelen kísérleteinkben a hipotalamusz olyan szerkezeti változásait vizsgáltuk, amelyek a hím PACAP KO egerekben megfigyelhető termékenységi problémák hátterében állhatnak.
Módszerek: Kísérleteinket vad típusú (WT) és PACAP KO állatokból származó agyszövet mintákon végeztük immunhisztokémiai technikákkal. Immunhisztokémiával WT és PACAP KO egerek GnRH-neuronok számát és rostsűrűségét határoztuk meg. RNSscope technikával a harmadik agykamra rostralis periventrikuláris régiójában (RP3V) és az arcuatus magban (ARC) számoltunk kisspeptin mRNS-pozitív sejteket. Végül megvizsgáltuk az ösztrogénreceptor alfa (ERα) mRNS- és fehérjeexpresszióját és az androgénreceptor (AR) fehérjeexpresszióját is.
Eredmények: Kísérleteink során a hipotalamusz immunhisztokémiai festése azt mutatta, hogy PACAP KO egerekben a GnRH-neuronok száma és rostsűrűsége csökkent a medialis preopticus területen. Továbbá a kisspeptin neuronok száma megnőtt az R3PV-ben és az arcuatus mag középső részén. Az ERα mRNS mennyisége mind az anteroventralis periventrikuláris magban (AVPV), mind az arcuatus magban nőtt, azokban a régiókban, ahol a GnRH-neuronokat szabályozó kisspeptin neuronok találhatók. Érdekes módon az AR+ sejtek száma csökkent, míg az ERα+ sejtek száma nőtt a medialis preoptikus terület (MPOA) régiójában, ami az ösztrogének és a tesztoszteron által kifejtett hatások közötti egyensúly felborulását mutatja.
Következtetés: Az eredményeink alapján feltételezhető, hogy a megfigyelt hipotalamuszt érintő változások szerepet játszhatnak a PACAP génhiányos egerek fertilitási problémáiban a HPG tengely normális működésének megváltoztatásával. Ennek pontos pathomechanizmusának megállapítására további kísérletek szükségesek.

Hipotalamikus változások PACAP KO hím egér HPG tengelyében

Schubert Helga Fanni Fiatal kutatók előadói versenye

ELTE, Budapest

Plasztiszok ultrastruktúrája lúdfű mutánsokban, amelyekből hiányoznak bizonyos tilakoidban található ioncsatornák és transzporterek

Schubert Helga Fanni(1), Sóti Adél(1), Richard Hembrom(1), Roumaissa Ounoki(1), Enkhjin Enkhbileg(1), Emilija Dukic(2), Cornelia Spetea(2), Solymosi Katalin(1)

(1)ELTE Eötvös Loránd Tudományegyetem, Növényszervezettani Tanszék, Budapest, Magyarország
(2)Department of Biological and Environmental Sciences, University of Gothenburg, Göteborg, Svédország

A nem megfelelő öntözési gyakorlatok, a tengervíz vagy a talajvíz beszivárgása miatt a talaj magas sótartalma a világ számos területén jelentős veszélyt jelent a mezőgazdaság számára. A sóstressz összetett módon hat a növényekre, és negatívan befolyásolja színtestjeik szerkezetét és működését. A legtöbb vonatkozó kutatásban a levelek zöld színtestjeit vizsgálják, és arról számolnak be, hogy sóstressz hatására a színtestek belső membránjainak intratilakoidális tere megduzzad. Korábbi vizsgálataink (Ounoki és mtsai. 2023) során sóstressz hatására zsugorodást figyeltünk meg, és azt tapasztaltuk, hogy duzzadás csak az etioplasztiszokban jelenik meg. Mégsem világos, hogy mi okozza ezt a duzzadást, és hogy a tilakoidban található ioncsatornák vagy transzporterek részt vesznek-e benne.
Ezért ebben a munkában különböző fejlődési stádiumú, sötétben és fényben nevelt, kontroll körülmények között, valamint rövid (30 perc; 200 vagy 300 mM NaCl) és hosszútávú (4 óra, 600 mM NaCl:KCl, 1:1) sóstresszkezelésnek kitett lúdfű (Arabidopsis thaliana L.) növények szikleveleiben és leveleiben hasonlítottuk össze a plasztiszok ultrastruktúráját. A vad típusú (WT) növények mellett a tilakoidban elhelyezkedő CLCe kloridion-csatorna (C), a KEA3 K+/H+ antiporter (K) és a VCCN feszültségfüggő kloridion-csatorna (V) egyszeres, dupla és tripla mutánsait is tanulmányoztuk, melyekből ezek a komponensek hiányoztak.
Transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálataink alapján arra következtethetünk, hogy a sóstressz nem befolyásolja az idős levelek kifejlett zöld színtestjeiben található fotoszintetikus apparátus szerkezetét. A sötétben nevelt tripla (kvc) mutáns csíranövények szikleveleinek etioplasztiszaiban azonban a sóstressz vezikulák képződését idézte elő, a fiatal, fényen nevelt csíranövények szikleveleinek kloroplasztiszaiban pedig a sztrómatilakoidok lumenének duzzadását okozta. A fiatal sziklevelek színtestjeiben mind a vad típusú, mind a tripla (kvc) mutáns növényekben már 4 órás sósokk (600 mM NaCl:KCl) kezelés után megkezdődtek a szelektív kloroplasztisz autofágiára utaló membránreorganizációs folyamatok.
Eredményeink megerősítették, hogy az etioplasztiszok és a fiatal kloroplasztiszok érzékenyebbek a sóstresszel szemben, valamint azt is, hogy a különböző tikakoid iontranszport komponensek komplex módon befolyásolják a fotoszintetikus apparátus és a tikakoid membránok szerkezeti és funkcionális stabilitásának megőrzését a sóstressz alatt.

Köszönetnyilvánítás
A munka az OTKA FK124748-as pályázata, a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-23-5 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával (S.K.), valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának támogatásával (S.K.) készült. A C2299457 számú projekt a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a KDP-2023 pályázati program finanszírozásában valósult meg (S.H.F).

Hivatkozás: Ounoki et al. (2023) Physiol Plant 175(6):e14100. doi: 10.1111/ppl.14100.

Az ebben a munkában vizsgált tilakoid transzport komponenseket bemutató sematikus ábra.

Haspel Henrik

SZTE, Szeged

Koordinációs polimerből kiinduló ezüst nanorészecske-szintézis

Henrik Haspel(1,2), Henrik Fülöp(2), Koppány Tóth-Kőrösi(2), Gergő Ballai(2), Dániel Sebők(2), Imre Szenti(2), Dorina Gabriella Dobó(3), Ákos Kukovecz(1,2), Zoltán Kónya(1,2)

(1)HUN-REN-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, University of Szeged, Szeged, Hungary
(2)Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary
(3)Institute of Pharmaceutical Technology and Regulatory Affairs, University of Szeged, Szeged, Hungary

Coordination polymers (CPs) and their porous counterparts, metal organic frameworks (MOFs), are composed of metallic nodes connected mostly by oxygen polydentate organic ligands or aromatic acids, where the repeating coordination extends into 1, 2, or 3 dimensions. Both CPs and MOFs were investigated in a wide range of catalytic processes as catalysts or catalyst precursors. The latter implies the decomposition of the ordered structure into well-dispersed supported nanoparticles by thermal, chemical, or electrochemical reduction. Formerly, we designed and constructed a CO2RR gas-diffusion electrode by the in-situ electrochemical transformation of a silver coordination polymer (Ag-CP) into a carbon-supported silver electrocatalyst [1], whereas the underlying mechanism of the CP/MOF-derived nanoparticle formation remained unknown. In this study, we synthesized the same AgCP in its unsupported form by the reaction of Ag+ and the 2,5-pyridinedicarboxylic acid linker, and the thermal CP decomposition steps were followed by in-situ X-ray diffraction (XRD) and in-situ Raman microscopy under inert, reductive and oxidative atmospheres. Morphology changes were studied by transmission and scanning electron microscopies (HRTEM, SEM), while the thermodynamics of the structural transformation was examined by thermal methods (TGA, DSC). A detailed description of the multi-step Ag nanoparticle formation contributes to the better understanding of the CP/MOF-derived catalyst formation.

Ag coordination polymer (AgCP) deposited on a carbon cloth gas diffusion layer through 2 and 7 consecutive layer-by-layer steps, and then thermally reduced to metallic silver nanoparticles at 500 and 700 °C (a). XRD pattern of the carbon-supported AgCP recorded in-situ during thermal decomposition into Ag nanoparticles under inert and reductive atmospheres (b).

Molnár Zsombor

HUN-REN - Pannon Egyetem, Környezeti Ásványtan Kutatócsoport, Veszprém

Ca2+-, Sr2+- és Ba2+-ionok kompetitív beépülése amorf karbonátokba

Molnár Zsombor(1,2), Hegedűs Máté(3), Németh Péter(1,4), Pósfai Mihály(1,2)

(1)Pannon Egyetem, Bio-Nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet, Nanolab, Veszprém
(2)HUN-REN–PE Környezeti Ásványtan Kutatócsoport, Veszprém
(3)Eötvös Loránd Tudományegyetem, Anyagfizikai Tanszék, Budapest
(4)HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Földtani és Geokémiai Intézet, Budapest

A kristályos alkáliföldfém karbonátásványok legismertebb tagjai a különböző CaCO3 változatok, legfőképp a trigonális kalcit, valamint a rombos aragonit, amelyek kőzetek és élőlények szilárd vázelemeinek gyakori alkotói. Az ezekben az ásványokban gyakran előforduló kationhelyettesítések révén mind a két ásvány széleskörűen használatos különböző környezeti változások és geokémiai folyamatok rekonstrukciójára. Kristálytani és koordinációs kémiai alapelvek szerint bizonyos kristályszerkezetekbe csak bizonyos kationok épülhetnek be nagy mennyiségben, pl.: a Mg2+-ionok a trigonális, kalcit-rokon; a Sr2+- és Ba2+-kationok a rombos, aragonit-rokon szerkezetet preferálják. Kutatásunk fő kérdése, hogy ezek az alapelvek mennyire érvényesek a kristályos fázisok prekurzoraiként megjelenő amorf Ca–Sr–Ba-karbonátokra, azaz az amorf prekurzorok melyik polimorf módosulattá kristályosodnak.
Kísérleti munkánk során laboratóriumi körülmények között, meghatározott összetételű oldatokból szintetizáltunk kevert kationú, amorf Ca–Sr, Ca–Ba, valamint Ca–Sr–Ba-karbonát fázisokat. A fázisok kinetikai stabilitását az oldatban bekövetkező pH-változással monitoroztuk, az egyes szemcsék morfológiai, összetételi és szerkezeti sajátosságait pásztázó elektronmikroszkópos (SEM), pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópos (STEM) technikákkal vizsgáltuk, a kristályosodott végterméken pedig Raman-spektroszkópos méréseket végeztünk. Megfigyeléseink szerint az amorf fázisokba minden esetben több Ca épült be, valamint azok Ba/Sr aránya is nagyobb volt, mint az a szülő oldat kationarányaiból adódott volna, valamint a beépülő Sr- és Ba-kationok jelentősen módosították az amorf fázis szerkezeti tulajdonságait és növelték kinetikai stabilitását. Eredményeink rámutatnak, hogy az amorf prekurzorok révén a kristályosodás során a Sr2+- és Ba2+-kationok jóval nagyobb mértékben épülnek be a kalcit-rokon szerkezetekbe, mint azt a kristálykémiai alapelvek indokolnák.
A kutatást az NKFIH SNN-139585 számú pályázata támogatta.

Reprezentatív felvételek globuláris amorf Sr-Ca karbonát szemcsékről. (A) SEM SE felvétel globuláris szemcsék tipikus, aggregátumszerű elfordulásáról. (B) Mind a nagyszögű gyűrűs detektort használó, sötét látóterű, pásztázó transzmissziós elektronmikroszkópos felvételek, (C) mind pedig a pásztázó transzmissziós elektronmikroszkóppal készített EDS elemtérképek az egyes szemcséken belüli homogén elemeloszlást mutattak.

Solymosi Katalin

ELTE, Budapest

A sóstressz hatása a plasztiszok ultrastruktúrájára – elektronmikroszkópiával és kisszögű neutronszórással vizsgálva

Roumaissa Ounoki(1), Sóti Adél(1), Ünnep Renáta(2), Solymosi Katalin(1)

(1)Növényszervezettani Tanszék, ELTE Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest, Magyarország
(2)Neutron Spektroszkópiai Laboratórium, HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, Budapest, Magyarország

A vízben oldódó sók nagy koncentrációban halmozódnak fel a talajban mintegy 830 millió hektárnyi területen, ami befolyásolja a mezőgazdasági termelést, és így globális szinten 1,5 milliárd lakost érint. A talajban lévő sók közvetlen kölcsönhatásba léphetnek a talajban fejlődő csíranövények leveleivel, illetve a növények a gyökerükön keresztül is felveszik őket, és így ezek felhalmozódhatnak a föld feletti szerveikben, beleértve a leveleket is, ahol befolyásolhatják a színtestek szerkezetét és anyagcseréjét. A sóstressznek kitett növényekről szóló szakirodalmi adatok gyakran számolnak be a tilakoid lumenének sóstressz hatására bekövetkező duzzadásáról.
Nem teljesen világos, hogy a megfigyelt duzzadás nem műtermék-e, vagy nem a kémiai fixálás előtt vagy közben bekövetkező ozmotikus változásokkal áll-e összefüggésben. Ebben a munkában a gránumok ultrastruktúráját (azaz a gránumok ismétlődési távolságát) hasonlítottuk össze kémiailag fixált és hagyományos módon beágyazott minták transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálatai révén, valamint in vivo minták kisszögű neutronszórás vizsgálatával (Ounoki et al. 2021, 2023). Mindkét módszer konzisztens adatokat és hasonló tendenciákat mutatott a vizsgált két faj esetében. Sóstressz hatására a fodormenta leveleiben a szabályos gránum szerkezet dezorganizációját figyeltük meg, míg a sóstresszel kezelt búza levelekben a gránumok ismétlődési távolságai fényben csökkentek, ami a gránum szerkezet zsugorodására utal. Míg adataink azt mutatták, hogy a teljesen differenciált kloroplasztiszok nem hajlamosak a duzzadásra, megfigyeltük, hogy a sóstressz, és különösen a magas Na+ koncentrációk a sötétben nevelt csíranövények etioplasztiszaiban a protilakoid membránok duzzadását idézik elő, és gátolják zöldülésüket (Sóti et al. 2023).
Adataink rámutattak arra, hogy milyen fontos megérteni a talaj sótartalmának potenciális negatív hatását a talajban, fénytől elzártan csírázó csíranövények színtestjeire, és azt is bizonyították, hogy a K+ sók (pl. fahamu), valamint a CaCl2 környezetbarátabb hó- és jégolvasztó vegyületek lehetnek a téli időszakban az utak jégmentesítése során.

Köszönetnyilvánítás:
A munka az OTKA FK124748-as pályázata, a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-23-5 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával (S.K.), valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíjának támogatásával (S.K.) készült. U.R. munkáját a OTKA PD138540 pályázat is támogatta.

Hivatkozások:
Ounoki et al. (2023) Physiol Plant 175(6):e14100. doi: 10.1111/ppl.14100.
Ounoki et al. (2021) Front Plant Sci 12: 738467. doi: 10.3389/fpls.2021.739467
Sóti et al. (2023) Planta 258, 102 (2023). https://doi.org/10.1007/s00425-023-04255-4

Az előadás adatait összefoglaló grafikus összefoglaló (Sóti et al. 2023-ból).

Nyirő-Kósa Ilona

Eötvös Lóránd Kutatási Hálozat Pannon Egyetem Ásványtan Kutatócsoport, Veszprém

Balatoni karbonát kiválás mezokozmosz léptékű modellezése

Nyirő-Kósa Ilona(1,2), Molnár Zsombor(1,2), Rácz Kornél(1,2), Pósfai Mihály(1,2)
(1)Pannon Egyetem, Veszprém, Magyarország,
(2)HUN-REN–PE Könyezeti Ásványtan Kutatócsoport, Veszprém, Magyarország


Több, mint egy évtizedes, balatoni karbonátképződéssel kapcsolatos kutatásainkból tudjuk, hogy az üledék nagy részét adó Mg-kalcit kialakulása többlépcsős folyamat, amit az algavirágzás közvetett módon befolyásol. Az algavirágzáskor vett mintákban megfigyeltük, és laboratóriumi kísérleteinkben modelleztük a folyamat egyes szakaszait, de összességében még mindig maradtak kérdések a Mg-kalcit kialakulásának részfolyamatairól. A balatoni karbonátképződés teljes folyamatának megértése érdekében egyhónapos időtartamban, mezokozmosz léptékben (5 m3-es tartályokban) modelleztük a karbonátkiválást, 4x3 medencében, hármasával egy-egy kísérleti paramétert változtatva. Algavirágzást indukáltunk, és vizsgáltuk, hogy a fotoszintézis hatására megváltozott vízkémia mekkora időtartam alatt, milyen tulajdonságokkal rendelkező karbonátok kiválását eredményezi, mind szmektit agyagásvány jelenlétében, mind "üledékmentes" környezetben. A mintákat Thermo Scientific Talos F200X G2 pásztázó transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgáltuk; nagyfelbontású TEM és STEM HAADF felvételeket, energiadiszperzív röntgenspekrumokat (EDS) és elemtérképeket készítettünk. Eredményeink azt mutatják, hogy az algasejtek mellett a fotoszintézis miatt kialakult nagy túltelítettségű környezetből gyors nukleációval Mg-tartalmú amorf kalcium-karbonát (Mg-ACC) válik ki. Az ACC részecskék ezután a szmektit agyagpelyhekhez tapadva aggregálódnak és azonnal kalcittá alakulnak. A kalcit öregedésével a kristályok növekednek és jól látható kristálylapok alakulnak ki (1.d ábra). A Mg-kalcit képződésének folyamata legalább két oldódási/újrakicsapódási ciklusból áll. A kalcit Mg-tartalma a vízkémiai paraméterekkel párhuzamosan változik; a heves esőzés okozta hígulás a kalcit részleges feloldódását és kevesebb Mg-ot eredményez, míg a magasabb hőmérséklet és a párolgás növeli a karbonát Mg-tartalmát. A Mg-kalcit képződésének teljes folyamata órákon vagy napokon belül lezajlik, így a tavi üledékben lévő Mg-kalcit részecskék tulajdonságait közvetlenül befolyásolják a markáns időjárási változások.
A kutatást az RRF-2.3.1-21-2022-00014 számú pályázat támogatta.

1. ábra Transzmissziós elektronmikroszkópos felvételek a karbonát ásványok evolúciójáról a közel egy hónapos mezokozmosz kísérletben. a) Mg-ACC, b) Mg-ACC aggregátum szmektiten c) szálas Mg-kalcit d) Mg-kalcit kifejlett kristály lapokkal

Ovečka Miroslav MEGHÍVOTT ELŐADÓ

Palacký University Olomouc, Faculty of Science, Department of Biotechnology, Olomouc

Developmental, cellular and subcellular imaging of living plants: Challenges and possibilities

Miroslav Ovečka(1), Kateřina Hlaváčková(1), Jiří Sojka(1), Olga Šamajová(1), Jozef Šamaj(1)
(1)Department of Biotechnology, Faculty of Science, Palacký University Olomouc, Šlechtitelů 27, CZ-783 71 Olomouc, Czech Republic, e-mail: miroslav.ovecka@upol.cz

Plants can be visualized by different microscopy methods, but their growth and development are highly dynamic spatio-temporal processes, which make live imaging of plants challenging. The main limitations depend on optical properties of plant cell surfaces, presence of vacuoles, and their bulky size, creating different refractive indexes. There is a need to alleviate out-of-focus fluorescence, phototoxicity, photobleaching, restricted temporal resolution and limitations in imaging depth. In addition, plants have special environmental requirements for undisturbed growth and development during imaging, compromising the possibility to mount them on a glass slide covered by coverslip used in classical microscopy. We analyse diverse processes, such as visualization of microtubule and actin dynamics during plant morphogenesis, signalling by mitogen-activated protein kinases, contribution of vesicular trafficking to the cellular dynamics, and we solve these scientific questions with regard to the tissue- and organ-specific, and developmentally relevant regulations. To address these aims, we utilize (and co-develop) different advanced microscopy methods and techniques. Subcellular architecture, organization and dynamics of most organelles in cells of living plants can be monitored at the nanoscale using super-resolution microscopy methods, such as structured illumination microscopy (SIM) and Airyscan confocal laser scanning microscopy (ACLSM). On the other hand, light-sheet fluorescence microscopy (LSFM) is an ideal method for long-term bioimaging of living plants depicting their development at physiological conditions (Ovečka et al. 2018, 2022). We developed reliable and broadly applicable protocols for short-term bioimaging of plant cells using SIM (Komis et al. 2015) and long-term developmental imaging of plants using LSFM (Ovečka et al. 2015). ACLSM improves lateral resolution up to 120 nm, enabling fast super-resolution imaging. LSFM provides multi-dimensional volumetric observations of intact plants with high efficiency of optical sectioning throughout the sample volume, enabling observation of fast events in living plants with high temporal and spatial resolution. All these parameters favour ACLSM and LSFM for developmental plant imaging at the subcellular, cellular, tissue, organ, and whole-organism levels. Importantly, we insert intact plants into the observation chambers of both ACLSM and LSFM systems vertically, providing natural plant orientation according to the gravitational vector during imaging. To maintain undisturbed plant growth in near-environmental conditions, both systems are coupled with accessory devices developed exclusively in our laboratory that precisely control illumination, temperature and plant perfusion during imaging. These devices enable to collect liquid media fractions for multi-omics analyses, allowing also the direct application of any compound of interest with simultaneous image acquisition. Together with the model plant Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., we adapted this approach also for robust crop species Medicago sativa L. and Hordeum vulgare L., documenting growth and development of their roots including the events of plant-microbe interactions. Better understanding of early plant development is indispensable for crop biotechnological research and therefore, these new microscopy approaches significantly broadened our view on how molecular and cellular mechanisms in plants are organized and regulated.
References
Komis et al. (2015) Nature Protocols 10, 1248-1263.
Ovečka et al. (2015) Nature Protocols 10, 1234-1247.
Ovečka et al. (2018) Nature Plants 4, 639-650.
Ovečka et al. (2022) Plant Physiology 188, 683-702.

Advanced light-sheet fluorescence microscopy and Airyscan confocal laser scanning microscopy with adaptations for optimal imaging of growing plants in near-environmental conditions.

Radnóczi György Zoltán

HUN-REN EK, Budapest

Elektrondiffrakcióról egyszerűen

Radnóczi György Zoltán

HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Budapest

A Magyar Mikroszkópos Társaság éves konferenciája hagyományosan egy interdiszciplináris konferencia, ahol a mikroszkópia különböző ágainak művelői találkoznak. A legfrissebb, legérdekesebb eredmények bemutatása mellett gyakran felmerül az igény a speciális ismereteket feltételező előadások mellett olyan előadásokra is, melyek egy tudományterület alapismereteit foglalják össze a témában kevésbé jártas kutatók számára. Ebben az előadásban arra teszek kísérletet, hogy az anyagtudományi, ásványtani, fizikai témájú előadásokban gyakran emlegetett elektrondiffrakció alapjait és főbb alkalmazásait áttekintsem és viszonylag könnyen érthetően összefoglaljam azon kollégák számára, akik más tudományterületek művelése közben ritkábban találkoznak ezzel a jelenséggel.

0001 textúrával rendelkező AlN vékonyréteg és Si hordozó kettős diffrakciója egy síkvékonyított TEM mintán

Cserép Csaba

HUN-REN KOKI, Budapest

Beágyazás előtti és beágyazás utáni immunhisztokémiai módszerek – előnyök, hátrányok, alkalmazási területek

Cserép Csaba(1)

(1)HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet, Neuroimmunológia Kutatócsoport

A specifikus antitest-antigén kötődésre alapuló epitóplokalizációs módszerek az élettudományi kutatások során alkalmazotteljárások kiemelt fontosságú csoportját képzik. Különösen igaz ez a szóban forgó technikák két nagy csoportjára, a beágyazás előtti, és beágyazás utáni immunhisztokémiai jelölésekre. Előadásomban röviden ismertetem ezen technikák alapelveit, főbb ismérveit, előnyeiket és hátrányaikat, illetve egyes változataikat a lehetséges alkalmazási területek megjelölésével.

Immunhisztokémia jelölések alapsémája

Nowak Paulina Céges előadás

Abbelight, Paris

Abbelight, a képalkotás jövője - Egyedi Molekula Lokalizációs Mikroszkópia és Automatizált TIRF

Paulina Nowak

Abbelight, Párizs, Franciaország

A szuperfelbontású mikroszkópia egy Nobel-díjas optikai képalkotási technika, amely lehetővé teszi az optikai feloldási határ átlépését. A három szuperfelbontású módszer közül az egy molekula lokalizációs mikroszkópia (SMLM) éri el a legjobb felbontást. Ez a képesség új lehetőségeket nyit a biológiai struktúrák és folyamatok nanométeres tartományban történő vizsgálatára.
Az Abbelight kutatói és mérnökei 2016 óta élvonalbeli megoldásokat dolgoztak ki az SMLM korlátainak leküzdésére. Az előadás az Abbelight legfontosabb fejlesztéseiről fog szólni. Például: 1) ASTER - az elérhető legnagyobb és leghomogénebb látómező. A technológia a kiváló minőségű SMLM-képalkotáshoz szükséges torzításmentes TIRF-megvilágítást eredményezi. 2) Spektrális demixing - a többszínű SMLM-képalkotás egyedülálló megközelítése. Ez a technológia lehetővé teszi a gyors egyidejű többszínű képalkotást, ami a nagy látómezővel kombinálva segít a felhasználónak a legjobb minőségű adatok elérésében a tipikus SMLM-felvételekhez képest lényegesen rövidebb idő alatt.
Összességében az Abbelight SMLM és TIRF megoldásai élvonalbeli technológiákat nyújtanak a biológiai és orvosbiológiai kutatások előmozdításához, egyszerűvé és mindenki számára elérhetővé téve a szuperfelbontású képalkotást.

Abbelight

Vassé Laurent Céges előadás

JEOL (EUROPE) SAS, Croissy-Sur-Seine

Új JEOL FIB és krio FIB-SEM berendezés

L.Vassé(1)

(1)JEOL (EUROPE) SAS, 1 Allée de Giverny, 78290 Croissy-sur-Seine, France

Keywords: FIB-SEM,Cryo-prep,Cryo-FIB,Cryo-TEM lamella prep, TEM lamella preparation, 3D analysis, EDS, EBSD

Since 1949, JEOL's legacy has been one of the most remarkable innovations in the development of instruments used to advance scientific research and technology. JEOL has 60 years of expertise in the field of electron.
After a successful introduction of the JIB-PS500i last year , JEOL introduces a new generation of Cryo-FIB this year , the IB-Z200021CFS&IB-Z200022CPC.
This CRYO-FIB-SEM system incorporates a liquid nitrogen cooling stage and a cryocooled specimen transfer mechanism for frozen specimens, making it possible to prepare TEM specimens such as biopolymers.
The specimen transfer mechanism has a built-in sputter coating function. Therefore, this CRYO-FIB-SEM system alone can perform a series of processes to create TEM specimens from frozen specimens including conductivity coating, protective film forming, and FIB processing.
In addition, by using JEOL's CRYO ARM™ cartridge, direct specimen transfer to the CRYO ARM™ after TEM specimen preparation becomes easier.Other features will be also introduced during the presentation:
- High-resolution & High-contrast SEM Imaging
- High-power & High-quality FIB processing
- New Chamber & Stage Design
- Cryo specimen transfer using CRYO ARM™ cartridge
- Highly stable cooling Stage
- JEOL’s unique anti contamination device

JIB-PS500i

Pekker Péter

Pannon Egyetem, NANOLAB, Veszprém

Sugárérzékeny Ca-Mg-karbonát ásványok kationrendeződésének vizualizációja STEM HAADF képalkotással

Pekker Péter(1)

(1)Nanolab, Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet, Pannon Egyetem, Veszprém

A kationrendeződés mértéke a Ca-Mg-karbonátok osztályozásának egyik elsődleges szempontja és fontos eleme a dolomitosodási folyamat megértésének. Korábbi transzmissziós elektronmikroszkópos kutatások azonban megmutatták, hogy a rendeződés mértéke nem feltétlenül homogén jellemzője ezen anyagoknak, ezért nanométeres léptékű változékonyságának vizsgálatára is szükség van. Erre a célra a STEM HAADF képalkotás a legalkalmasabb módszer, minden méréstechnikai és adatfeldolgozás során jelentkező nehézségével együtt. Az adatgyűjtés és a képfeldolgozás elsődleges szempontja az értékeléshez szükséges felbontás elérése mellett a lehető legjobb jel/zaj arányú HAADF felvételek készítése volt, melyet kis sugáráram melletti, gyors pásztázással, több száz egyedi képből álló sorozatok rögzítésével és a sorozat képeinek összegzésével értünk el. A képek összegzésének legfontosabb eleme a minta elmozdulásának korrekciója volt, melynek nehézségét az egyedi képek nagyon alacsony jel/zaj aránya és a minta lassú mozgása adta. E kihívást a kereszt-korreláció (Fig. 1A) és manuális illesztés kombinálásával (azok váltogatásával) tudtuk megoldani (Fig. 1B). A megfelelően összegzett képekből már lokálisan is kinyerhetők a rendszámkontraszt adta információk és a kristálytani adatok is, így vizsgálhatóvá vált a kationrendeződés mértéke mellett annak területi változékonysága és az egyes paraméterek összefüggései is (Fig. 1C). A HAADF képek és STEM EDS elemtérképek értékelése megmutatta, hogy a kationrendeződés a vizsgált Ca-Mg-karbonát szemcsékben területileg úgy változik, hogy az eltérő rendezettségű területek – doméneket alkotva – éles határral kapcsolódnak egymáshoz a koherens kristályrácsban, továbbá a lokális kémiai összetétel, a mérhető rácsparaméterek és a rendezettség mértéke egymással összefügg. Mindezen eredmények hozzájárulhatnak a Ca-Mg-karbonátok kristályosodási folyamatának minél pontosabb modellezéséhez, illetve a mérési és adatfeldolgozási protokoll optimalizálásával jól használható módszert nyertünk más, hasonlóan sugárérzékeny anyagok vizsgálatához.

1. ábra. (A) és (B) triász dolomit minta 500 képből összegzett STEM HAADF felvételei, amelyeken az elmozdulás korrekciója (A) csak keresztkorrelációval, (B) keresztkorreláció és manuális illesztés kombinációjával történt, az utóbbi esetben élesebb szemcsehatárt és a nem periodikus képrészletek intenzívebb kontrasztját eredményezve. (C) a balatoni iszap egy tipikus Ca-Mg-karbonát szemcséjéről készült, 450 képből összegzett STEM HAADF felvétel, melyen rendezett és rendezetlen kationeloszlású részek váltakoznak.

Ábrahám Hajnalka

PTE ÁOK Ábrahám István Nano-Bio-Imaging Központ Központi Elektronmikroszkópos Laboratórium, Pécs

Kihívások és tanulságok egy elektronmikroszkópos kiszolgáló egységben szerzett tapasztalatok alapján

Ábrahám Hajnalka(1), Molnár Abigél(1), Seress László(1)

(1)Központi Elektronmikroszkópos Laboratórium, Ábrahám István Nano-Bio-Imaging Központ, Általános Orvostudományi Kar, Pécsi Tudományegyetem, Pécs

Az elmúlt évtizedekben lezajlott nagyértékű műszerbeszerzéseknek köszönhetően több egyetem illetve kutatóközpont jutott hozzá olyan berendezésekhez, melyek az országban, illetve az intézmény régiójában egyedülállónak számítanak. Emiatt több intézmény alakított ki core-facilitásokat (vagy a jövőben tervezi megalakításukat), amelynek keretei között a nagyműszerek elérhetőek a régió vagy az ország kutatói számára. Egy több mint 25 éve core-facilitásként működő elektronmikroszkópos laboratóriumban szerzett tapasztalatok alapján az elmúlt időszak érdekes, ám esetenként innovatív megközelítést igénylő megkeresésein és kérésein keresztül mutatjuk be a kiszolgáló funkcióval együtt járó kihívásokat.
A Központi Elektronmikroszkópos Laboratórium 1998-ban alakult önálló kiszolgáló egységgé a Pécsi Orvostudományi Egyetemen (Pécsi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kar (PTE ÁOK) jogelődjén) dr. Seress László vezetésével. Bár az eltelt idő során különböző szervezeti formában működött, folyamatosan megmaradt core-facilitás jellege.
Az elmúlt több mint 2 évtizedben az ÁOK-hoz tartozó és az általa fenntartott szervezeti egységben a pécsi orvoskar intézetein és klinikáin kívül az egyetem más karairól (Természettudományi Kar, Gyógyszerésztudományi Kar) is számos megkeresés érkezett. Ugyancsak több ízben kötöttünk szerződést egyetemen kívüli intézményekkel és piaci szereplőkkel elektronmikroszkópos vizsgálatok elvégzésére.
Ennek során rendkívül változatos vizsgálati mintákkal dolgoztunk, az orvosi diagnosztikában rutinszerűen használt transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgálható emberi szövetekből származó ultravékony metszetek mellett. Többek között sor került tejtermékek, növényi sejtek, tenyésztett állati és emberi sejtek, 3 dimenziós sejtkultúrából származó organoidok, emberi és egér petesejt, extracelluláris vezikulák, thrombocyták, zebrahal embrió nanocsövek és vírusok (pl. bakteriofágok, herpes és coronavírus) vizsgálatára. Scanning elektronmikroszkóppal szintén változatos volt a vizsgálandó minták palettája, melyek között meteoritmaradványok, fogászati fúró és tömőanyag, fogpótlásra használt anyagok, bakteriális biofilm, kromatográfiás alkatrész, növényi struktúrák és kísérleti állatok fül- orr- gégészeti eljárásnak alávetett orrnyálkahártyája is szerepelt.
Tekintettel arra, hogy a laboratórium munkatársai nemcsak az elektronmikroszkópos vizsgálatokat, hanem az esetek többségében a vizsgálatokat megelőző előkezeléseket (fixálás, beágyazás, metszés, kontrasztozás) is elvégzik, számos esetben szembesültünk módszertani kihívással. Emellett sok esetben az eredmények interpretálása, a vizsgált mintákban látottakból statisztikai analízisre alkalmas adathalmaz generálása szintén a laboratórium munkatársainak a feladata volt. Ennek során az általános jellegű tanácsadás mellett az optimális megoldás megtalálása, szükség esetén a laboratóriumi protokollok módosítása, az optimális paraméterek beállítása történt.
Az előadásban sor kerül a fentiek közül néhány érdekes, ám kihívást jelentő eset bemutatására, melyek a módosított protokollok ismertetése mellett tanulságosak lehetnek hasonló core-facilitásként működő laboratóriumok számára is.

A laboratóriumban működő JEOL JEM-1400Flash TEM elektronmikroszkóp beszerzését a GINOP-2.3.3-15-2016-0002 támogatta.

Emberi thrombocyta transzmissziós elektronmikroszkópos képe

Dodony Erzsébet

HUN-REN EK, Budapest

Egy lépés előre a γ-nikkel-szilicid megismerésében

Dodony Erzsébet(1,2), Dódony István(3), Pekker Péter(3), Sáfrán György(1)

(1)HUN-REN, Energiatudományi Kutatóközpont, Vékonyréteg-fizika Laboratórium 1121 Budapest, Konkoly-Thege M. út 29-33, Magyarország
(2)Eötvös Loránd Tudományegyetem, Anyagfizikai Tanszék, Pázmány Péter Sétány 1/A, Budapest, H-1117, Magyarország
(3)NANOLAB, Bio-nanotechnológiai és Műszaki Kémiai Kutatóintézet, Pannon Egyetem Veszprém, 8201, Magyarország

Hosszú ideje foglalkozunk már a γ-nikkel-sziliciddel. Ezen a konferencián nyomon lehetett követni kutatásunk lépéseit. A γ-nikkel-szilicidnek a nemzetközi adatbázisban csak egy szerkezet meghatározása szerepel (ICSD - #9106). Ez a módosulat a trigonális S12, amely nevét a c0=12,3 Å-ös rácsparaméteréről kapta [1]. Különböző mikroszkópos technikák (HRTEM, STEM, HAADF, SAED) és képfeldolgozás (CRISP, DigitalMicrograph) segítségével korábban bemutattuk moduláris jellegét a fázisnak, és több megfigyelt módosulatát [2] is a γ-nikkel-szilicid fázisnak (S6, S18, S36). Számítógépes szimulációkkal igazoltunk két S6-os (c0 ~ 6 Å) szerkezetet.
HAADF felvételek és számítógépes szimulációk alapján, most bemutatjuk, hogy az S18 módosulat (c0 ~ 18 Å), hogyan építhető fel, a két S6-os (S6a, S6b) szerkezet felhasználásával (1.ábra). Továbbá tárgyaljuk a γ fázis moduláris jellegének okát.

[1] K. Frank and K. Schubert, Kristallstruktur von Ni31Si12, Acta Crystallographica B, 1971, 27, 916-920.
[2] E. Dodony, A. Recnik, I. Dódony, Gy. Sáfrán, Journal of Alloys and Compounds, 2022, 918, 165466

1.ábra Háttérben a γ-nikkel-szilicid S18 módosulatának rácsátlagolt nagyfelbontású HAADF felvétele és annak felépítése S6-os módosulatokból, sematikus ábrán

Szilágyi-Szögi Titanilla

SZTE SZAOK Patológiai Intézet, Szeged

A poszt-COVID-szindróma és a mitokondriális diszfunkció kapcsolata

Szögi Titanilla(1), Borsos Barbara Nikolett(1,2), Masic Dejana(1), Ördög Nóra(1), Barta Nikolett(1), Tiszlavicz László(1), Pankotai Tibor(1,2,3)

(1)Szegedi Tudományegyetem, Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ, Patológiai Intézet, 6725 Szeged, Állomás utca 1
(2)Szegedi Tudományegyetem, Interdiszciplináris Kutatásfejlesztési és Innovációs Kiválósági Központ (IKIKK), Élő Természettudományi Klaszter, 6720 Szeged, Dugonics tér 13
(3)Magyar Molekuláris Medicina Kiválósági Központ (HCEMM), Genom Integritás és DNS Hibajavítás Kutatócsoport, 6728 Szeged, Budapesti út 9


A koronavírus betegség-19 (COVID-19) világszerte több millió embert érint, 2023. januárjára 671 millió COVID-19 beteget detektáltak, globálisan pedig 6,71 millió ember halálát okozta. A COVID-19 pandémiát a SARS-CoV-2 fertőzés alakította ki. A COVID-19 betegséget a tünetek megjelenésétől számítva két szakaszra oszthatjuk: akut (első 4 hét) és hosszú vagy poszt-COVID (4-12 hét) szakaszra. Tehát poszt-COVID-szindrómáról akkor beszélünk, ha az ún. poszt-COVID tünetek (pl. fáradtság, nehézlégzés, légszomj, köhögés, szaglás- vagy ízlelésvesztés, kognitív zavarok) hosszabb ideig is fennállnak. Hasonló tüneteket figyelhetünk meg azoknál az egyéneknél, akiknél genetikai eredetű mitokondriális betegséget diagnosztizáltak. Korábbi kutatások kimutatták, hogy a COVID-19 képes módosítani a mitokondriumok energiametabolizmusát. A mitokondriális diszfunkció hatására bekövetkező reaktív oxigéngyökök (ROS) túltermelődése citokin vihart, majd erős immunválaszt eredményez. Kutatásunk célja a mitokondriumok szerkezeti és mechanikai változásainak, az oxidatív károsodás hatásának, valamint a mitofágiával kapcsolatos folyamatok tanulmányozása transzmissziós elektronmikroszkóppal poszt COVID-szindrómás és kontroll alanyok hörgőből, illetve orrnyálkahártyából származó szövetmintáin.
A mitokondriális fúzió (MFN1, MFN2) és fisszó (FIS1, DRP1) folyamatában, a mitofágiában (ATG4B), az oxidatív foszforilációban (LDH) és a ROS semlegesítésében (SOD1) szerepet játszó fehérjék elleni antitestek felhasználásával a poszt-COVID-os és a kontroll csoportból származó szövetminták post-embedding immunhisztokémiai festését követően transzmissziós elektronmikroszkóppal (JEOL-1400) vizsgáltuk a mitokondrium szerkezeti és funkcióbeli eltéréseit.
A fúzióban, illetve a fisszióban szerepet játszó fehérjék mennyiségében szignifikáns különbséget figyelhetünk meg a poszt-COVID-os egyénekben a kontroll alanyokhoz képest. Emellett a mitofágiában szerepet játszó ATG4B és az oxidatív foszforilációban részt vevő LDH mennyiségében is jelentős különbségek adódtak a két csoport között.
Egészséges szervezetben a sérült mitokondriumok lebontásra kerülnek mitofágia útján, amelynek elmaradása a poszt-COVID-os egyénekben magyarázhatja az akut tünetek kialakulását. Kísérleteink igazolják, hogy a COVID-19-fertőzés során felborul a mitokondriális fúzió és fisszió közötti egyensúly. Az így kialakult mitokondriális diszfunkció összefügg azzal, hogy COVID-19-fertőzés során a glikolízis részesül előnyben az oxidatív foszforilációval szemben.

Reprezentatív képek a mitokondriumokról kontroll (A) és poszt-COVID-os (B) alanyokból.

Cora Ildikó

HUN-REN EK, Budapest

Fázisátalakulások szerkezetvizsgálata Ni implantált Ga-oxidban

Ildikó Cora(1), Zsolt Fogarassy(1), Alexander Azarov(2), György Z. Radnóczi(1), Béla Pécz(1), Andrej Kuznetsov(2)

(1)HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, Műszaki, Fizikai és Anyagtudományi Intézet, Konkoly Thege M út 29-33., 1121 Budapest Hungary
(2)University of Oslo, Department of Physics, Centre for Materials Science and Nanotechnology, PO Box 1048 Blindern, N-0316 Oslo, Norway

Az elmúlt években megnövekedett az érdeklődés a Ga2O3 széles tiltottsávú (4.5 - 5.3 eV) félvezető iránt, mely igen ígéretesnek mutatkozik UV, opto- és nagy teljesítményű elektronikában való alkalmazásokban. A Ga2O3-nak 5 polimorfja ismert: α, β, γ, κ(ε), δ, melyek közül az α, β és a κ teljes krisztallográfiai leírása ismert. A β- Ga2O3, mely magas hőmérsékleten is termodinamikailag stabil, monoklin (C2/m) szerkezetű. Az összes többi polimorf metastabil, hőkezeléssel átalakul. A metastabil polimorfok igen gyakran vegyes formában jelennek meg, és nm-es skálájú rendeződést mutatnak, ami megnehezíti a hagyományos technikákkal történő egyedi leírásukat. Az α-Ga2O3korunddal (α-Al2O3, R-3c) analóg, a κ polimorf ortorombos (Pna21) szerkezetű, a míg δ polimorfot bixbyit (Ia-3) szerkezetűnek vélik. A γ-Ga2O3-ot hibás spinell (Fd-3m) szerkezetűnek írják le, azonban számos krisztallográfiai kérdés kapcsolódik ehhez a polimorfhoz, ami erősen befolyásolja makroszkopikus tulajdonságait és fázisátalakulásait.
Fontos megérteni a Ga2O3 polimorfizmusának krisztallográfiai hátterét a keletkezési mechanizmusuk szempontjából. Az első cél a szerkezetük megértése nm-es léptékben. A második a szerkezeti fejlődés és a polimorfok közötti átalakulások feltárása. A transzmissziós elektronmikroszkópia (elektrondiffrakció, hagyományos, nagyfelbontású és HAADF TEM, valamint összekapcsolt szimulációk) az elsődleges megfelelő eszköz ezeknek a kérdéseknek a megválaszolásához.
Kísérletsorozatunk részeként a Ni implantálás okozta β→γ fázisátalakulást vizsgáluk. Először ezt a β → γ fázisátalakulást jellemeztük, majd a későbbiekben a γ→ β transzformáció texturális és kristályszerkezeti fejlődését követtük nyomon ex situ és in situ fűtési kísérletekkel (RT-től 1100°C-ig), melyet ED, HRTEM, HAADF technikák és szimulációk kombinációjával vizsgáltam. Míg először a β és a γ együttes jelenléte befolyásolja jelentősen az átalakult β réteg formálódó textúráját, addig magasabb hőmérsékleten az implantált ion jelenléte dominánsan befolyásolja a β réteg textúrájának fejlődését.

1. ábra: HAADF képek: b) nyers HAADF kép; a) szimmetria-átlagolt rácskép; d-e) Greenwood et al. (1954) és Otero et al. (1985) alapján számolt “eredeti” (“original”-“or”) modellek alapján szimulált HAADF képek; f) model#1 alapján szimulált HAADF kép; c) model#2 alapján számolt HAADF kép, amely visszaadja a kísérletiben mért csúcsarányokat (230/70 és 230/50). HRTEM képek: HRTEM kép bal oldalán a model#2-re szimulált HRTEM kép, jobb oldalt pedig a pmm szimmetriára átlagolt kísérleti képek, melyek szintén jó egyezést mutatnak. Alul listáztam a 3 szerkezeti modellt, amik a Ni és Ga rácsban elfoglalt pozíciójában (tetraéderes 8a és oktaéderes 16d Wyckoff-poz.) különböznek.

Radics Bence

SZTE SZAOK Pathológiai Intézet, Szeged

Chloroquine cardiomyopathias esetek klinikopatológiai elemzése

Radics Bence(1), Nagy Viktória(2), Vidács Dániel(2), Szilágyi-Szögi Titanilla(1), Budai Enikő(1), Sepp Róbert(2)

(1)Pathológiai Intézet, Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ, Szegedi Tudományegyetem, Szeged.
(2)Kardiológiai Centrum, Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ, Szegedi Tudományegyetem, Szeged.

Bevezetés
A chloroquine olyan antimaláris gyógyszer, amelyet szisztémás autoimmun betegségekben is gyakran használnak. Immunmodulánsként alkalmazva a glükokortikoidok biztonságos és hatékony alternatívájának tartják. A hosszan tartó chloroquine kezelés ritka, de súlyos mellékhatásaként cardiomyopathia (CMP) alakulhat ki, amelyet lizoszomális tárolási betegségekre (pl. Fabry-kórra) emlékeztető szöveti eltérések jellemeznek. Az ultrastrukturalis eltérések közül pathognomicusnak tartják a lamellaris testek (lamellar bodies – LB) és curvilinearis testek (curvilinear bodies – CB) megjelenését és felhalmozódását a szívizomsejtek cytoplasmájában (lásd az absztrakt „A” és „B” ábráját). Tanulmányunk célja volt 1) további, betegség- vagy súlyosság-specifikus ultrastrukturalis eltéréseket azonosítani és 2) az ultrastrukturalis eltéréseket a klinikai adatokkal összehasonlítani chloroquine CMP-s betegekben.
Módszerek
A retrospektív elemzést a Szegedi Tudományegyetem Pathológiai Intézetének archívumában megtalálható endomyocardialis biopsziás mintáin végeztük. Az elemzés során a 2013-2024. közötti időszakot tekintettük át. Az archivált ultravékony metszetek újraértékelését JEOL 1400-as transzmissziós elektronmikroszkóppal végeztük. Valamennyi mintát öt hasonló méretű zónára osztottuk (1 centrális és 4 perifériás kvadráns) és minimum 2, véletlenszerűen választott szívizomsejtet vizsgáltunk zónánként. A reprodukálhatóság érdekében az alábbi ultrastrukturális eltéréseket definiáltuk és ezek jelenlétét (0 vagy 1) regisztráltuk valamennyi sejtben: csoport képző LB, izolált LB, CB, Z-vonal egyenetlenség (Z line streaming – ZLS), denz filamentosus cytoplasmaticus depozitumok (DFD) és „lebegő” sejtmag (floating nucleus – FN). Kiszámoltuk az egyes morfológiai eltéréseknek a vizsgált sejtek számára normált gyakoriságát (0-1). A releváns klinikai és laboratóriumi teszt adatokat az egészségügyi informatikai rendszerből gyűjtöttük össze.
Eredmények
15 esetet találtunk (14 nő) és elemeztünk újra. A páciensek életkora (medián [min-max]) 64 év [38-72] volt. A chloroquine kezelés leggyakoribb indikációja a szisztémás lupus volt (n=10); a gyógyszert jellemzően 7 évig [2-27] szedték a betegek. Egy enyhe (n=6) és egy súlyos (n=9) CMP-s csoportot különtettünk el a csoport képző és izolált LB-k gyakorisága alapján k-means klaszter-analízissel. A CB gyakorisága (1 [0.8-1] vs 0.6 [0.2-0.9]); a ZLS (1 [0.6-1] vs 0.65 [0.5-0.8]) továbbá a DFD (0.8 [0.6-1] vs 0.4 [0.3-0.7]) gyakorisága szignifikánsan (p<0.05) magasabb volt a súlyos CMP csoportban (Mann-Whitney U-teszt). A súlyos CMP csoportban magasabb volt a szérum proBNP koncentráció az enyhe CMP csoporthoz képest (3614 pmol.L-1 [980-11038] vs 896 [275-30930]; p<0.05). A leggyakoribb EKG eltérés a III-ad fokú AV-blokk volt (n=6/9) a súlyos CMP-s csoportban, míg az enyhe CMP-s csoportban inkább a szárblokk (n=4/6) volt jellemző.
Megbeszélés
Ez az első szisztematikus elemzés a szakirodalomban, amely a chloroquine CMP súlyosságát a szívizombiopsziás minták elektronmikroszkópos vizsgálata alapján állapitotta meg. A különböző ultrastrukturalis eltérések gyakorisága alapján egy enyhe és egy súlyos CMP-s csoportot azonosítottunk. A chloroquine cardiotoxicitás elektronmikroszkóppal megfigyelt súlyossága összefüggést mutatott különböző klinikai és laboratóriumi paraméterekkel. Megfigyeléseink általánosságban alátámasztják a szívizombiopsziás minták elektronmikroszkópos vizsgálatának fontosságát.

A) Lamellaris testek B) Curvilinearis test chloroquine kezelt beteg szívizomsejtjeiben

Dankházi Zoltán

ELTE TTK Anyagfizikai Tanszék, Budapest

Kisenergiás ionok felületalakító hatása szilárdtesten: mikro- és nano-struktúrák kialakulása

Dankházi Zoltán(1), Windisch Márk(1,2)

(1)Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar, Anyagfizikai Tanszék, Budapest, Hungary
(2)Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft., Budapest, Hungary

Ahogy a szél fújta sivatagi homokon, úgy az ionokkal megmunkált felületeken is megjelenhetnek hullámok. Az erről szóló első jelentések már az 1960-as évek elején megjelentek. Az ionsugaras kezeléssel kialakult felületi hullámosság néha gond (pl. TEM lamella készítés), de egyre szélesebb körben terjed ez a megmunkálási technológia, és egyre nagyobb körben alkalmazzák. A periodikus struktúrák kontrollált létrehozása, illetve elkerülése érdekében az elmúlt évtizedekben számos elméleti leírás született. A mikro- és nanotechnológia fellendülésének következményeként a 20. század végétől az ionbombázással kialakított felületi struktúrák vizsgálatához kapcsolódó publikációk száma megsokszorozódott. A kísérleti munkákat csoportosíthatjuk az alkalmazott ionok fajtája, energiája vagy a besugárzott anyag elektromos vezetőképessége, továbbá összetétele, szerkezete és morfológiája szerint. Ez utóbbi szempontok szerinti viselkedés figyelhető meg az ábrán, ahol Ga+ besugárzás hatására ugyanazon minta szomszédos részeiben, teljesen eltérő mintázat alakult ki.
100 eV és 30 keV energia- valamint 0°–85° szögtartományban Ar+ és Ga+ besugárzással hoztunk létre felületi struktúrákat hagyományos ionágyú, illetve fókuszált ionnyaláb segítségével, többnyire Si egykristályon. A felületi morfológiát pásztázó elektron-mikroszkóppal és atomierő-mikroszkóppal vizsgáltuk.
Az előadás első részében röviden áttekintjük a tárgyban megjelent legfontosabb kísérleti- és elméleti eredményeket, majd saját méréseink bemutatása után összehasonlítom azokat az irodalomban található adatokkal.

Nagyentrópiájú ötvözet két szemcséjének eltérő viselkedése 30 keV-os Ga+ nyaláb használatakor: A) hullámok keletkezése; B) oszlopos szerkezet.

Kovács András Barna Árpád-díjelőadás

ER-C, Jülich

Mágneses anyagok kvantitatív transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálata

Kovács András

Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons, Forschungszentrum Jülich, Németország

Egy modern transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) napi szinten teszi lehetővé az 1 Å (vagy alatti) térbeli és spektroszkópiai leképezést, mely során a minta hőmérséklete, környezete, a mintán áthaladó áram, mágneses tér széles tartományban változtatható. Ezáltal a TEM szinte megkerülhetetlenné vált az anyagtudományi, fizikai, kémiai, szerkezeti biológia és ipari kutatások során. Az egyik, talán kevésbé ismert alkalmazás a anyagok mágneses tulajdonságainak a mérése, amelyre több TEM-es technika is használatos, mint például a Lorentz TEM, elektronholográfia, differenciált fázis kontraszt leképezés. A mágneses tulajdonságok, mint például doménfal átmérő, mágnesezettség, indukció eloszlás jellemzéséhez és megértéséhez csak együttes szerkezeti (nagyfeloldás, diffrakció), összetételi (EDS, EELS) és funkcionális tulajdonságok méréséhez alkalmas technikákat kell alkalmaznunk, amelyhez a mintapreparálásnak is igazodnia kell. A különböző anyagrendszerekhez képest a mágneses anyagok preparálása TEM-es vizsgálatokhoz több kihívással jár. Az ionos porlasztás során keletkező szerkezeti roncsolódás mellett a minta könnyen oxidálódik, ezáltal a felület funkcionális mágneses tulajdonsága megváltozik. Az ilyen típusú mérésekhez a minta egyenletes vastagsággal (±10%) és nagy felülettel (kb. 10x10 µm) kell, hogy rendelkezzen. A holográfiás méréshez a minta közvetlen közelében vákuum szükséges, amelyhez ideális esetben a minta széle sem tartalmaz roncsolt területet. Napjainkban a tömbi és vékonyréteg minták preparálása nagymértékben fókuszált Ga ionsugaras (focused ion beam - FIB) vékonyítással készül , amely az ion nagy (Z=31) atomszámának köszönhetően nagyobb roncsolással is párosul, ezáltal az utólagos tisztítási folyamat fontossága is felértékelődik. A Barna Árpád és munkatársai által kidolgozott argonsugaras kisenergiás (<1 keV) vékonyítási technológia és szemlélet napjainkban is sikeresen alkalmazható a TEM-es minták roncsolás mentes preparáláshoz. Az előadásban két kutatási téma kerül bemutatásra , amelyekben a körültekintő TEM-es mintapreparálás párosult modern változatos elektronmikroszkópos technikák alkalmazásával, hogy (1) megismerjük a nagy entrópiájú mágneses ötvözetek szerkezeti és mágneses tulajdonágait (Fig.1) és (2) közvetlenül vizsgáljuk a mechanikai feszítés hatását a mágnesezettségre in situ elektronholográfiás mérésekkel.

Mágneses örvényszerkezetek AlCo(Cr)FeNi nagy entrópiájú anyagban.

Zagyva Tamás Barna Árpád-díjelőadás

Imperial College London, London

Újrakristályosodási folyamat vizsgálata transzmissziós elektronmikroszkópban a hőmérséklet és elektronfluxus függvényében

Zagyva Tamás(1,2), Anamul Haq Mir(3), Robert W. Harrison(4)

(1)Dalton Cumbrian Facility, Dalton Nuclear Institute, The University of Manchester, UK
(2)Department of Chemistry, The University of Manchester, Manchester, UK
(3)MIAMI Irradiation Facility, University of Huddersfield, UK
(4)Nuclear Fuel Centre of Excellence, Department of Mechanical, The University of Manchester, UK

Az Egyesült Királyságban található MIAMI-2 (Microscope and Ion Accelerator for Materials Investigation) egy olyan speciális létesítmény, amely egy transzmissziós elektronmikroszkópból és a mikroszkópba bevezetett lineáris részecskegyorsítóból áll. Ezen készülék lehetővé teszi azt, hogy egy mintát a transzmissziós elektronmikroszkóp belsejében különféle ionokkal besugározzunk, és az ionsugárzás által okozott változásokat rögtön az ionsugárzás után vagy akár az ionsugárzás közben (in situ) vizsgáljuk az elektronnyaláb segítségével. Számos különféle anyagon végeznek in situ sugárzásos kísérleteket, például fúziós és atomreaktor védőburkolatokon, nukleáris üzemanyagokon, valamint radioaktív hulladékokon.
Az ionsugárzás okozta károsodás pontos meghatározása érdekében azonban kiemelten fontos, hogy az elektronmikroszkópos vizsgálat során az elektronnyaláb ne okozzon semmilyen további szerkezeti változásokat az anyagban (pl. újrakristályosodást). A PhD kutatásom egyik fő célja az volt, hogy a MIAMI-2 rendszert használva olyan hiánypótló tanulmányt készítsek, amelyben meghatározom az elektronsugárzás által kiváltott mikroszerkezeti változásokat (powellit kristályban (CaMoO4)) a hőmérséklet és az elektronfluxus függvényében.
Amikor a powellit kristály nagy elektronfluxusú sugárzásnak volt kitéve a mikroszkópban, újrakristályosodási folyamat volt megfigyelhető. Azt az elektronfluxus határértéket, amelynél az anyagban újrakristályosodási folyamat indul meg a következőképpen határoztuk meg. Xenon ionsugárzást követően az amorfizált powellitet először alacsony fluxusú elektronsugárral vizsgáltuk. Az elektronfluxus mértékét fokozatosan növeltük (1-3 perces szüneteket tartva az emelések között). Diffrakciós módban az első reflexió megjelenése jelezte azt az elektronfluxus határértéket, aminél az anyagban újrakristályosodási folyamat indul meg. A kísérletet több hőmérsékleten végeztük el (-160 °C, -130 °C, -80 °C, -40 °C). Az újrakristályosodási folyamat megkezdődéséhez szükséges elektronfluxus értéke jelentős mértékben csökkent a hőmérséklet emelkedésével.
Kutatási eredményeink nagy mértékben hozzájárulhatnak ahhoz, hogy a jövőben megbízhatóbb olyan ionsugárzásos tanulmányok készüljenek, amelyekben a mikroszerkezeti változásokat transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgálják. Az in situ ionsugárzásos kísérletek jelentős része (a TEM méréssel együtt) magas hőmérséklet tartományban (250-800 °C) történik, ahol az újrakristályosodási folyamat hatása jelentős. Eredményeink azt mutatják, hogy érdemes a korábbi mérési protokolltól eltérően a magas hőmérsékletű ionsugárzásos lépések között a mintát visszahűteni, és a transzmissziós elektronmikroszkópos mérést alacsony hőmérsékleten (kb. -160 °C-on) végezni, ahol az elektronsugár nem okoz jelentős szerkezeti változást.
A múltban számos olyan tanulmány készült, ahol a bétasugárzás hatását oly módon próbálták szimulálni az anyagban, hogy a mintát fókuszált (nagyon nagy fluxusú) elektronsugárzásnak tették ki. Kísérleteink során azonban kimutattuk, hogy a fókuszált, nagy fluxusú elektronsugárzás az alacsony fluxusú elektronsugárzástól (újrakristályosodás) eltérő mikroszerkezeti változást (amorfizáció) okoz az anyagban. Ennek megfelelően a korábbi ilyen célból készült tanulmányok eredményeinek felülvizsgálása kiemelten fontos, és a jövőbeli kutatásokban javasolt alacsony elektronfluxussal besugározni a mintát.

Nanokristályok képződése amorfizált powellitben -160 °C hőmérsékleten nagy fluxusú elektronsugárzás hatására. A felső sor világos látóterű, míg az alsó kép diffrakciós felvételeket mutat ugyanarról a powellit szemcséről. A két sor két egymást követő kísérlet eredményeit mutatja. Mindkét esetben a bal oldali első képen az anyag alacsony fluxusú elektronsugárzásnak volt kitéve, majd jobbra haladva a képeken az elektron fluxus értékét fokozatosan emeltük. (Ez a két kísérletsorozat demonstrációs céllal készült, így a pontos elektronfluxus értékek ebben az esetben nem lettek rögzítve.)

Plauška Andrius

BrainVisionCenter, Budapest

Neuronal ensembles representing visual perception in mouse primary visual cortex

Andrius Plauška(1), Gergely Szalay(1), Abhrajyoti Chakrabarti(1), Juhász Gábor (2), Tarján Balázs(2), Katalin Ócsai(2,3), Fehér András(4), Máté Veress(4), Szepesi Áron(1), Wéber Katalin(1), Balázs Rózsa(1,2,3)

(1)Laboratory of 3D functional network and dendritic imaging, Institute of Experimental Medicine, Budapest
(2)Brain Vision Center Nonprofit Kft, Budapest
(3)The Faculty of Information Technology, Pázmány Péter Catholic University, Budapest

A neuronal ensemble comprises a synchronized group of neurons firing in unison, theorized to underlie complex cognitive processes and serve as fundamental units of perception. Despite their presumed significance, empirical evidence elucidating their precise roles in behavior and cognition remains sparse. The advent of rapid, high-resolution imaging techniques, coupled with advanced photostimulation methods, novel optogenetic tools, and enhanced computational capabilities, has spurred a surge in research aimed at probing the functional implications of neuronal ensembles. A prominent frontier in neuroscience involves leveraging an "all-optical" methodology to investigate the interplay between network dynamics and behavior. This cutting-edge approach enables the exploration of how the activity of functional neuronal circuits modulates behavior and the dynamics of neuronal ensembles during learning processes.
Here, we used a two-photon acousto-optic (AO) stimulation technique that allows imaging and stimulation of hundreds of cells. Our goal was to identify neurons in mouse V1 that are visually responsive, attribute them to functional ensembles, and evoke conditioned behavior by backstimulating these ensembles. To this end, we recorded neuronal activity of hundreds of cells from multiple depth levels in mouse V1 in the presence of varying visual stimuli. Then, using a well-established singular value decomposition method, we grouped the cells into ensembles and selected those that showed the peak presence during visual stimulation. The core (or pattern completion) neurons from the chosen ensembles were then backstimulated, which resulted in reproduced neuronal response kinetics and enhanced behavioral effect.

Experimental procedure for ensemble detection

Zalka Dóra

ELTE, Budapest

Anyagmódosítás elektron nyalábbal ezüst-szulfid szemcséken

Dóra Zalka(1,2,3), Zoltán Dankházi(3), Gábor Varga(3), Márk Windisch(3,4), Karel Saksl(5)

(1)Institute of Materials Research Slovak Academy of Sciences, Watsonova 47, 04001 Košice, Slovak Republic
(2)Department of Physics of Condensed Matters, Faculty of Sciences, Pavol Jozef Šafárik University in Košice, Park Angelinum 9, 041 54 Košice, Slovak Republic
(3)Anyagfizika Tanszék, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Pázmány Péter stny. 1/A, 1117 Budapest
(4)Fejlesztési Osztály, Bay Zoltán Nonprofit Ltd. for Applied Research, Kondorfa utca 1, 1116 Budapest
(5)Faculty of Materials Metallurgy and Recycling, Technical University of Košice, Letna 9, 042 00 Košice, Slovak Republic

Jelen tanulmány fő célja az ezüst-kalkogenidek meglepő viselkedésének bemutatása az e-nyalábbal való kölcsönhatás során. Az eredetileg rutinszerűnek szánt pásztázó elektronmikroszkópos szemcseméret-vizsgálat és összetétel-elemzés során ezüst kinövések fejlődését figyeltük meg. Ráadásul ezek az ezüst kinövések önmagában az elektron-besugárzás során alkalmazott áramsűrűség változtatásával eltávolíthatók a felületről. További érdekesség, hogy az elektronsugaras besugárzás intenzitásának beállításával az ezüst kinövések ismételten növeszthetők, majd – újabb intenzitás-változtatással – eltávolíthatók a felületről. A jelenségek arra inspiráltak, hogy videókat készítsünk. A műhelybeszélgetés egyik célja a mikroszkópos közösség elé tárni, hogy hogyan sikerült elkészítenünk a filmeket ezen dinamikusan változó minták esetében. Vizsgálatunk egyik érdekessége, hogy állandó 20 kV-os gyorsítófeszültséget tartottunk fenn, és csak a nyalábáramot változtattuk (4, 8, 16 nA). A korábbi kutatások elsősorban a gyorsítófeszültség és annak az elektronsugár kölcsönhatás során az anyag viselkedésére gyakorolt hatásának összefüggéseivel foglalkoztak. Az áram és a gyorsítófeszültség hatásának vizsgálata mellett az Ag2S részecskéket a tárgyasztal mérsékelt hűtése mellett is megvizsgáltuk.

Ezüst kinövések képződése és visszahúzódása egy Ag2S szemcsén

Yavuz Cagdas

SZTE, Szeged

Bimetallic Ni/Co-MOF electrodes for oxygen evolution reaction with low overpotential

Cagdas Yavuz(1), Henrik Haspel(1,2), Zoltán Kónya(1,2)

(1)Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary
(2)HUN-REN-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group

The continuous application of renewable energy sources, such as solar, wind, wave, and geothermal systems, is limited due to climatic and geographical conditions. Electrochemical water splitting is a method of producing oxygen and hydrogen without the need for scaling devices or certain geological conditions, where slow water oxidation, the so-called oxygen-evolution reaction (OER), is the bottleneck of its practical use. OER electrocatalysts facilitate a 4-electron process working in a harsh environment, thus efficiency, cost and stability are critical factors to investigate. Metal-organic frameworks (MOFs) have porous structures produced by assorted coordination of metal clusters with polytopic organic linkers, and MOFs can act like OER catalysts using, e.g., 3d transition metals Fe, Co, Ni (Fe-Co-Ni-MOFs). In this study, we fabricated bimetallic nickel/cobalt-metal organic framework (Ni/Co-MOF) water oxidation electrocatalysts by a simple wet-chemical method, and subsequently deposited them onto porous Nickel foam and carbon paper (CP) substrates via drop casting and electrochemical deposition, respectively. The physical-chemical properties of Ni/Co-MOF electrodes were investigated by a series of techniques (XRD, SEM-EDS, FT-IR, Raman spectroscopy etc.), and their electrocatalytic activity was characterized in a 3-electrode setup (CV, LSV, EIS etc.) under alkaline conditions. According to LSV results which were performed in 1.0 M KOH electrolyte with a scan rate of 20 mV s-1 the over potential of Ni/Co-MOF was 84 mV to attain a current density of 10 mA cm-2 and maintains it‘s current more than 24 h. The electrochemically deposited Ni/Co-MOF on Ni foam substrate showed the highest activity along with the lowest overpotential among all the systems tested here, while it maintained stable oxygen evolution through the strong interaction between the linker with metal nodes. The obtained results are comparable to the single metal MOFs and show promise in water electrolysis.

SEM images of Ni-MOF, Co-MOF and Ni/Co-MOF

Lábár János

HUN-REN EK MFA, Budapest

PtSi, ismert kontaktus, új (szupravezető) szerepben

Lábár János László(1), Pécz Béla(1), Yao Yao(2), Daniel F. Fernandes(2), Tereza Košutová(2), Tomas Kubart(2), Zhen Zhang(2), Francois Lefloch(3), Frédéric Gustavo(3), Axel Leblanc(3), Shi-Li Zhang(2)
(1)HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, MFA, Budapest
(2)Division of Solid-State Electronics, Department of Electrical Engineering, Uppsala University, Uppsala, Sveden
(3)Université Grenoble Alpes, CEA, Grenoble INP, IRIG, PHELIQS, Grenoble, France

A PtSi-t régóta alkalmazzák kontaktus anyagként a Si CMOS technológiában. Előállítása az ön-igazító szilicid-képződés (SALICIDE) segítségével történik. Nagyon alacsony hőmérsékleten (<1K) ez az anyag szupravezetővé válik. Szupravezetését a gatemon típusú qubit-ek kialakításához használjuk a SIQUOS projektben.
Jelen előadásban 5 nm alatti vastagságú szupravezető PtSi vékonyrétegek kialakításáról számolunk be. A standard CMOS gyártási technológia hatására ilyen vékony réteg szigetessé válik. E nemkívánatos jelenség elkerülésére a projekt keretében egy új technológiai lépés került kifejlesztésre. Az így előállított 5 nm-es rétegekről készült STEM képek és EDS elemtérképek azt bizonyítják, hogy e rétegek folytonosak. E folytonos vékony rétegek szükségesek a megcélzott nanoméretű JoFET tranzisztorok kialakításához. A vékony rétegek kritikus hőmérsékletét is meghatároztuk a réteg paramétereinek függvényében.
E projekt finanszírozása részben az EU HORIZONT QuantERA II program keretében történt (szerződésszám 101017733). További finanszírozást az NKFIH (2019 2.1.7-ERA-NET-2022-00032 szerződésszámú) projektje biztosított. A szerzők hálásak Illés Leventének és Szász Noéminek a TEM minták preparálásáért.

5 nm-es réteg HAADF képe

Barta Bence

SZTE TTIK Élettani, Szervezettani és Idegtudományi Tanszék, Szeged

Az NFκB p65 és az Nrf2 expresszió változásai 1-es típusú diabéteszes patkányok duodenumában található myentericus ganglionokban és azok mikrokörnyezetében elhelyezkedő izomsejtekben

Barta Bence Pál(1), Onhausz Benita(1), AL Doghmi Afnan (1), Egyed-Kolumbán Abigél(1), Szalai Zita(1), Balázs János(1), Bagyánszki Mária(1) és Bódi Nikolett(1)

(1)Élettani, Szervezettani és Idegtudományi Tanszék, Szegedi Tudományegyetem, Szeged, Magyarország

A reaktív oxigéngyökök képződésének és eliminálásának az egyensúlya meghatározó a sejtek homeosztázisa szempontjából. Ha a folyamatok a reaktív oxigéngyökök felhalmozódásának irányába eltolódnak, akkor az a sejtek és szövetek károsodáshoz vezethet. A citokinek fontosak a sejtek és az egész szervezet belső egyensúlyának fenntartásában, s kulcsfontosságú szerepet töltenek be az 1-es típusú diabétesz során is a neuronokat érintő gyulladásos folyamatok kialakulásában. A citokinek hatással vannak a nukleáris faktor-kappa B (NFκB) és negatív szabályozó faktorának, az Nrf2 (nuclear factor-erythroid 2 related factor 2) jelátviteli folyamatainak aktiválására is. Az NFκB jelentős hatással bír számos szignalizációs útvonalban, köztük az oxidatív stressz közvetítésében, ezért az NFκB és az Nrf2 intracelluláris egyensúlya meghatározó a sejtek további sorsát illetően.
Célunk ezért az volt, hogy megvizsgáljuk, hogyan változik az NFκB (p65 komponens, mely transzaktivációs aktivitással rendelkezik) és az Nrf2 expressziója a krónikus hyperglicaemia és az azonnali inzulinkezelés hatására a patkányok duodenumában lévő myentericus ganglionokban és az azokat körülvevő simaizomsejtekben.
Kísérleteinket felnőtt, hím Wistar patkányokon végeztük. A hyperglicaemiát egyszeri intraperitoneális streptozotocin injekcióval indukáltuk (60 mg/ttkg). Az inzulinkezelt állatok naponta kétszer szubkután inzulin injekciót kaptak. Tíz héttel a hyperglicaemia kiváltását követően állatainkat feláldoztuk. A kivett szövetmintákból whole-mount preparátumokat készítettünk, majd NFκB p65 és HuC/HuD kettős jelöléses fluoreszcens immunhisztokémiát végeztünk. A duodenumból származó ultravékony metszeteken NFκB p65 és Nrf2 aranyjelöléses poszt-embedding elektronmikroszkópos, továbbá a különböző csoportokból származó szöveti homogenizátumokból enzimhez kötött immunszorbens mérést és kvantitatív polimeráz láncreakciót végeztünk.
Kontroll állatokban az NFκB p65-immunreaktív (IR) myentericus neuronok aránya 2% volt a duodenum myentericus ganglionjaiban, míg a diabéteszes patkányokban ez szignifikánsan alacsonyabb volt (kevesebb mint 1%). Ezenkívül, az NFκB p65-t jelölő aranyszemcsék denzitásának aránya a myentericus neuronok perikarion és sejtmagi régiója között csökkent a diabéteszes duodenumban a kontrollhoz képest. Azonban a diabéteszes állatok duodenális ganglionjaiban az Nrf2-aranyszemcsék denzitása szignifikánsan magasabb volt a kontrollhoz képest. A cukorbeteg patkányok bél simaizomsejtjeiben, mind az NFκB p65-t, mind az Nrf2-t jelölő aranyszemcsék mennyisége szignifikánsan magasabb volt a kontrollhoz viszonyítva. A diabéteszes csoportban az NFκB p65 és az Nrf2 szöveti szintje ellentétesen változott a bél simaizom/myentericus plexus szöveti homogenizátumokban. A diabéteszes állatokban mind az NFκB p65, mind az Nrf2 mRNS expressziója megemelkedett a kontrollhoz képest. A vizsgált bélszakaszban az azonnali inzulinkezelés minden diabéteszes változást sikeresen kivédett.
Kísérleteinkben megfigyeltük, hogy a krónikus hyperglicaemia hatására patkányokban az NFκB p65 és az Nrf2 expresszió ellentétes módon változik a duodenum myentericus ganglionjaiban. Továbbá a ganglionok környezetében lévő izomsejtek is érintettek az NFκB szignalizáció diabétesszel összefüggő változásaiban, mely összefüggésbe hozható az 1-es típusú diabéteszben kialakuló bélmotilitási zavarokkal.

Reprezentatív elektronmikroszkópos felvétel kontroll duodenumból származó myentericus ganglionról NFκB p65 és Nrf2 poszt-embedding immunhisztokémia után. N: sejtmag, C: citoplazma, piros nyíl: 18 nm-es Nrf2-t jelölő aranyszemcsék, sárga kör: 10 nm-es NFκB p65-t jelölő aranyszemcsék. Lépték: 200 nm.

Czigány Zsolt

HUN-REN EK, Budapest

Átmenetifém-karbidok ortorombos és fcc fázisainak kapcsolata elektrondiffrakció alapján

Zsolt Czigány(1), Jaroslav Ženíšek(2), Pavel Souček(2), Pavel Ondračka(2), Vilma Buršíková(3), David Holec(3), Katalin Balázsi(1), Petr Vašina(2)
(1)Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet, HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, Konkoly Thege M. út 29-33, Budapest H-1121, Hungary
(2)Department of Plasma Physics and Technology, Masaryk University, Kotlářská 2, Brno 61137, Czech Republic
(3)Department of Materials Science, Montanuniversität Leoben, Franz-Josef-Strasse 18, A-8700 Leoben, Austria

Az [1] közleményben az ortorombos (Mo1−xNbx)2BC fázis stabilitását vizsgáltuk különböző mértékű molibdén-nióbium helyettesítés esetén. Az elektrondiffrakciós felvételek értelmezésekor nehézségekbe ütközött a köbös és ortorombos fázisok megkülönböztetése. A TEM vizsgálatokat Cs korrigált Themis (Thermo Fisher) mikroszkóppal végeztük 200 kV-on. A Mo2BC SAED felvételén (1. ábra) lévő erős reflexiók fcc fázisként indexelhetők, amely 111 kitüntetett orientációval rendelkezik. Ha azonban a Mo2BC összes reflexióját értelmezni akarjuk, akkor a diffrakció jobban indexelhető ortorombos Mo2BC -ként (PDF kártyaszám: 00-029-0913). Az ortorombos fázis erős reflexiói azonban egybeesnek az fcc szerkezet megengedett reflexióival, míg a gyenge reflexiók egybeesnek az fcc rendszerben tiltott köbös reflexiókkal. Az ortorombos szerkezetet Jeitschko és munkatársai javasolták 1963-ban [2], akik szerint „a cella felépítése bizonyos hasonlóságot mutat a MoB típusú szerkezettel és a reflexiók rendszere köbös alapszerkezet létezését is jelzi”. Az ortorombos és a köbös szerkezet cellaparaméterei között a következő összefüggés ismerhető fel: az ortorombos cella két rövid oldala közel egyenlő és megfelel a köbös szerkezet 110 síktávolságával, míg a hosszú oldal négyszerese a köbös cella paraméterének. Ezért az ortorombos cella az fcc cellából generált szupercellaként értelmezhető. Valójában az ortorombos cella a köbös karbid szupercellája a fémes alrácson: az ortorombos cellán belül a nehézfém atomok (Mo, Nb) elrendezése hasonlít a köbös átmenetifém-karbidokra jellemző köbös (fcc) elrendezésre (1. ábra). Eközben a B és C atomok hosszútávú, réteges rendeződése hozza létre a speciális ortorombos cellát, amely egy hosszúkás, közel tetragonális alakú hasáb, de a B és C atomok elhelyezkedésének szimmetriája miatt a rövid élek nem cserélhetők fel (1. ábra). A könnyű elemek alacsony szórási hatáskeresztmetszete miatt ez a rendezettség csak kis mértékben módosítja a diffrakciót, azaz az erős fcc gyűrűk mellett gyenge reflexiók is megjelennek. Következésképpen, nagyon kis szemcseméret esetén, a köbös és ortorombos szerkezetek nem különböztethetők meg. Ez azonban nem kizárólag technikai kérdés. Az fcc és az ortorombos szerkezet közötti egyértelmű különbségtétel elvileg se nyilvánvaló, mivel a köbös rendezettségű szerkezeti elemek szerepet játszhatnak az ortorombos szupercella kialakulásában. Például a nanoszemcsés Nb2BC mintánál, a köbösként indexelt reflexiók kisebb eltolódása tapasztalható (például a 111 és 311 síktávolságok 1,7, illetve 1%-kal nagyobbak, mint a köbös szerkezetben), ami a középtávú ortorombos rendeződés kezdetét jelezheti.

Hivatkozások
[1] J. Ženíšek et al., Effect of Nb incorporation in Mo2BC coatings on structural and mechanical properties — ab initio modelling and experiment, Acta Materialia 268 (2024) 119741
[2] W. Jeitschko et al., Die Kristallstruktur von Mo2BC, Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften. 94 (1963) 565–568

1. ábra: A Mo2BC réteg SAED felvétele (balra). Az ortorombos Mo2BC (PDF kártyaszám: 00-029-0913) erős reflexiói egybeesnek a köbös (fcc) szerkezet reflexióival. Az egybeeső erős reflexiók mellett néhány gyenge diffrakciós gyűrű is azonosítható, amelyek az ortorombos szerkezetre jellemzők. A jobb oldali vázlat az ortorombos Mo2BC 100 és 001 vetülete közötti különbséget szemlélteti. A Mo-atomok köbös elrendezése analóg a köbös MoC-éval.

Taghizadeh Tabrizi Arvin

SZTE, Szeged

Vanadium Oxide-Zinc Oxide Atomic Layer Deposited Multilayers as Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction

Arvin Taghizadeh Tabrizi(1), Gergő Ballai(1), Henrik Haspel(1,2), Zoltán Kónya(1,2)

(1)Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary
(2)HUN-REN Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, University of Szeged, Szeged, Hungary

Atomic layer deposition (ALD) is a unique method for the fabrication of thin layer structures. It utilizes self-terminating surface half-reactions through the repeated decomposition of multiple (usually two) reactants (the so-called precursors) on the surface of the target substrate. Due to their beneficial electronic, electrochemical, and catalytic characteristics, vanadium oxide is suitable for various applications, such as electrochemical energy storage, electrocatalysis etc. VOx thin layers can be fabricated via ALD, however, the formation of multiple oxide phases of diverse physical properties, e.g. VO2, V2O5, V2O3 etc., undermines their direct applicability. Certain phases can be stabilized by the addition of further interlayers, such as zinc oxide, obtaining multilayer electrodes. In this study, VOx/ZnO multilayers were fabricated by ALD, and the effect of zinc oxide on VOx phase selection was investigated. First, VxOy thin film was deposited onto nickel foam (NiF) at 150 °C through 280 cycles using tetrakis(ethylmethylamino)vanadium(IV) (TEMAV) and water as vanadium and oxygen precursors, respectively. In the second step, zinc oxide was deposited using diethylzinc (DEZ) and water precursors at 170 °C through 280 cycles, followed by an additional VxOy thin layer. The phase formation and phase transition in subsequent annealing were studied by X-ray Diffraction (XRD), while morphology of the as-synthesized and annealed thin layers was characterized using scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM). It is known that vanadium oxide has a high potential to be utilized as electrocatalyst in hydrogen evolution reactions (HER). Therefore, the constructed multilayer electrodes were tested in HER by using linear scanning voltammetry (LSV) in 1 M KOH solution at room temperature. Results on the three-layer VOx/ZnO electrode demonstrated improved HER performance of −0.15 V (vs. RHE) onset potential and −125.6 mA cm−2 current density at -0.45 V (vs. RHE).
Keywords: Vanadium Oxide, Atomic Layer Deposition, Multilayer Electrode, Zinc Oxide, Hydrogen Evolution Reaction

Graphical Abstract

Halász Henriett

PTE, Pécs

Citoszkeletális elemek együttműködése a mitokondriumok membrán nanocsöveken keresztüli transzportjában

Halász Henriett(1), Tárnai Viktória(1), Nyitrai Miklós(1), Matkó János(2), Szabó-Meleg Edina(1)

(1)Pécsi Tudományegyetem, Általános Orvostudományi kar, Biofizikai Intézet, Magyarország
(2)Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Immunológiai Intézet, Magyarország

A membrán nanocsövek (NT-k) átmeneti és dinamikus aktin-vezérelt kitüremkedések, amelyek távoli sejteket kapcsolnak össze egymással akár nagy távolságokban. Felépítésükben és funkciójuk betöltésében elengedhetetlen szerepe van az aktin hálózatnak, ugyanakkor az NT-k egy részében a mikrotubulusok és az intermedier filamentumok megjelenése is megfigyelhető. Az NT-k fontos szerepet töltenek be az intercelluláris kommunikációban különböző sejtalkotók, genetikai információk vagy akár fehérjék közvetlen átadásával. Számos neurodegeneratív kórkép, pl. az Alzheimer- és Parkinson-kór progressziójában, de akár a kemoterápiás vagy antibiotikumokkal szembeni rezisztencia kialakításában is fontos szerepük lehet. Az NT-k megjelenése ugyanakkor egyfajta segítségnyújtásként is szolgálhat a károsodott sejtek számára, amely során pl. az egészséges sejtek mitokondriumokat küldenek át a sérült sejteknek, hogy javítsák azok energetikai állapotát.
Vizsgálataink során egér eredetű B-limfóma sejtek között vizsgáltuk meg a mikrotubulusok szerepét az NT-k funkciójában és kialakulásában különböző citoszkeletális fehérjékre specifikus inhibitorok, géncsendesítés és mikroszkópos technikák alkalmazásán keresztül. Eredményeinkkel igazoltuk, hogy az NT-k intenzív, akár kétirányú mitokondriális transzportot is lebonyolíthatnak a távoli sejtek között, amelynek mediálásában két motorfehérje együttesen vesz részt: a mikrotubulus-alapú, kinezin és az aktin-alapú miozin VI motorfehérje. A mikrotubulus egy további lehetséges szerepét is sikerült igazolni, ami az NT-k mechanikai stabilitásához és hosszabb életidejéhez köthető. Az NT-ken keresztüli mitokondriális transzport molekuláris hátterének megértése, fontos alapját képezheti későbbi terápiás alkalmazásuknak is.

Citoszkeletális filamentumok elhelyezkedése az NT-kben (aktin:magenta, mikrotubulus:zöld), B-limfóma sejtek, 100x, STED

Gajdics Marcell

HUN-REN EK, Budapest

Porlasztott Ga2O3 vékonyréteg kristályosodásának vizsgálata in situ transzmissziós elektronmikroszkópiával

Gajdics Marcell(1), Cora Ildikó(1), Pécz Béla(1)

(1)Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet, HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont, Budapest

A Ga2O3, mint széles tiltott sávval rendelkező félvezető anyag, számos területen felhasználható, például elektronikai és optoelektronikai alkalmazásokban. Az egyik gyakran használt előállítási technika a rádiófrekvenciás porlasztás, mely segítségével szobahőmérsékleten leválasztott rétegek amorf szerkezetűek, így utóhőkezelés szükséges kristályos anyag előállításához, mely számos potenciális alkalmazás szempontjából fontos tényező. Jelen kutatásunkban rádiófrekvenciás porlasztással előállított gallium oxid vékonyrétegek kristályosodását vizsgáltuk in situ transzmissziós elektronmikroszkópiával (TEM). A rétegeket folyékony Ga reaktív porlasztásával állítottuk elő, különböző oxigénáramok mellett. Ezzel különböző összetételű mintákat készítettünk, így vizsgálva a Ga/O atomhányad hatását a réteg kristályosodására. A mintákból fókuszált ionsugaras vékonyítási technikával keresztmetszeti lamellákat készítettünk, melyet egy fűthető mintatartóra (Protochips) erősítettünk. A hőkezelés során állandó fűtési sebességgel fűtött (2 °C/min) minta átalakulását nagyfeloldású mikroszkópi üzemmódban követtük nyomon. Az első kristálycsírák a hordozó/réteg határfelületen alakultak ki, majd ezen csírák növekedése/összenövése következtében egy kristályosodási front alakult ki. Ezen a ponton a mintát gyorshűtéssel 25 °C-ra hűtöttük, ezzel befagyasztva az átalakulást. Ennek köszönhetően a minta szerkezetének részletesebb vizsgálatára is lehetőség nyílt. Az alábbi ábra egy ilyen gyorshűtött állapotban mutatja be a mintát kisebb nagyítás mellett (a), illetve nagyfeloldású képen is (b). A megfigyelések alapján a stöchiometriához közeli összetételű amorf gallium oxid minta hőkezelése során 530 °C-on indul meg a kristálynövekedés. Oxigénhiányos minta esetén az átalakulás kezdete 550 °C-ra tolódik ki.

TEM felvétel a kristályosodás során gyorshűtött rétegről (a), illetve nagyfeloldású kép a kristályosodási frontról (b).

Raheem Saheed Abiola

SZTE, Szeged

Nitrát elektrokatalitikus redukciója ammóniává volfrámmal adalékolt kobalt-oxi-hidroxid nanoszerkezeteken, belső oxigénhiányokkal

S.A. Raheem(1), G. Ballai(1), I. Szenti(2), H. Haspel(1,2), Z. Kónya(1,2*)

(1)Department of Applied and Environmental Chemistry, University of Szeged, Szeged, Hungary
(2)HUN-REN-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, University of Szeged, Szeged, Hungary

Ammonia (NH3) is an important feedstock in modern industry, as it is used for the production of a wide range of materials, like chemical fertilizers, pharmaceuticals, synthetic fiber to name a few. On the other hand, ammonia could serve as an energy vector storing hydrogen in chemical bonds. Currently ammonia is produced by the energy- and carbon-intensive Haber-Bosch process, which alone is responsible for 1-2% of the global annual energy consumption. The electrocatalytic reduction of nitrate (NO3RR) to ammonia represents a compelling avenue for effectively and sustainably transforming a hazardous environmental pollutant (NO3−) into a valuable chemical feedstock (NH3) at ambient conditions, and thus developing highly active and selective NO3RR electrocatalysts is important. To this end, tungsten-doped cobalt oxyhydroxide nanostructures (W-CoOOHOv) were synthesized via a direct hydrothermal method, followed by a subsequent NaBH4 reduction to form oxygen vacancies (W-CoOOHOv) therein. The formed W-CoOOHOv demonstrated a high ammonia yield of 355.6 µg cm−1 h−1 along with a NH3 Faradaic efficiency of 89.4%. The observed enhanced performance could be attributed to the synergistic effects between tungsten and oxygen vacancies through modifying the adsorption energies of NO3−. This work suggests an avenue for the design of cost-effective and highly selective electrocatalysts for nitrate reduction to ammonia.

Schematic illustration of W-CoOOHOv

Varga Viktória

SZTE, Szeged

Fehérje vékonyrétegek kialakulásának vizsgálata atomi erő mikroszkópiával

Varga Viktória(1), Cseh Viktória(1), Fógel Benjámin(1), Sajdik Kadosa(1), Dr. Szabó Tamás(1)

(1)Szegedi Tudományegyetem, Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszék, Szeged

Vékonyrétegek többféle módon létrehozhatók különböző felületeken, pl. porlasztással (spray-coating), forgatva bevonással (spin-coating) vagy Langmuir-Blodgett technikával. A fentiek mellett egyszerűségével, de a képződő filmek viszonylagos rendezettségével kiemelkedik az ún. LbL, azaz a „layer-by-layer”, a rétegről rétegre történő felépítéses módszer, mely során a hordozót (pl. üveglap) az egyik, majd a másik komponens oldatába/diszperziójába merítjük. A megfelelő bemerítési idő letelte után bő vizes mosás, majd szárítás következik. Az így létrehozott vékonyrétegeknek számos felhasználási területét ismerjük, alkalmazást nyerhetnek csomagolóanyagok, membránszűrők, vagy antireflexiós bevonatok formájában, de gyógyszer hatóanyag hordozó rendszereknél is alkalmazzák. Egyik kiemelkedő és egyedi, magas elvárásokat támasztó lehetőség az orvosi műszerek, endoszkópok lencséinek bevonata, mert egyrészt kopásállóságot kell biztosítania, másrészt a páraképződést és a fehérje adszorpciót is gátolnia kell. Éppen ezért fontos a fehérjék adszorpciójának vizsgálata az üveglemezek felületén. Ezen felül ipari szempontból, az élelmiszerkészítmények tejtartalma miatt is érdekes a tejfehérjét alkotó komponensekből képződő vékonyrétegek vizsgálata. Kísérleteink során ezért két természetes fehérjét, a szérum albumint és a laktalbumint választottuk.
A fehérjék vékonyrétegének kiépülését kvarclemezen vizsgáltuk több paraméter optimalizálásával, úgymint pH, ionerősség, fehérje koncentráció és immerziós idő. A spektrofotometriás mérések eredményeit összevetettük az atomi erő mikroszkóppal (AFM) kapott felvételekkel. Az UV spektrofotometriás elnyelés mérésével követhető ugyan a folyamat, de esetenként nagy szórással terhelt, másrészt a vékonyrétegek homogenitásáról és a keletkező rétegek finom szerkezetéről, morfológiájáról ez a módszer nem nyújt elegendő információt. A monorétegek kialakulása mellett vizsgáltuk a marha szérum albumin (bovine serum albumin – BSA) és grafén oxidból (GO) képzett párosrétegek tulajdonságait is. Az AFM eredmények alapján határoztuk meg a rétegépítéshez optimális immerziós idejét a két komponensre.
Az AFM jellemzése az LbL fehérje-GO vékonyrétegeknek feltárta, hogy néhány másodperces adszorpciós idő elegendő volt a BSA rétegek kialakulásához, míg laktalbumin és a GO esetében több időre (10 perc) volt szükség. Ez az idő egyedi lehet a különböző fehérjék esetében. A fehérje oldat kiindulás koncentrációjának és pH-jának is jelentős hatása van a hordozón megkötött anyag mennyiségére. Vizsgáltuk a párosrétegek morfológiáját, borítottságát is, a kialakult BSA/GO párosrétegek viszonylag sima és jól kialakultak – ideálisak AFM-el történő tanulmányozására.
Kulcsszavak: fehérje, albumin, grafén oxid, AFM, vékonyréteg, merítéses (immerziós) módszer, layer-by-layer
Köszönetnyilvánítás: A kutatást támogatta a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Ösztöndíja. A kutatás az ERA-NET COFUND/EJP COFUND program támogatásával, az Európai Unió Horizont 2020 kutatási és innovációs programjának társfinanszírozásával és az NKFIH (2019-2.1.7-ERA-NET-2021-00029 számú projekt) az AtomDeC konzorcium támogatása keretében a Visegrádi Csoport-Japán 2021 közös pályázat a fejlett anyagokról a Nemzetközi Visegrádi Alappal együttműködésben.

BSA és BSA/GO vékonyrétegek AFM képe (magasság és amplitudó reprezentáció, 20 nm skála, 2 µm × 2 µm)

Hajagos-Nagy Klára

HUN-REN EK, Budapest

Az α-Mn(Cu) vékonyrétegek növekedésének és szerkezetének feltérképezése

Hajagos-Nagy Klára, Czigány Zsolt, Misják Fanni, Radnóczi György

HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont

A tömbi Mn-Cu ötvözetek jól ismert mágneses és alakemlékező ötvözetek, melyeket γ-Mn(Cu) szilárd oldatból martenzites (fcc-->fct) átalakulással hoznak létre. A Mn szobahőmérsékleten stabil formáját, az α-Mn-t ridegsége miatt problematikusnak tartják, pedig az α-Mn szerkezet sokféle felhasználási lehetőséget rejt magában, mint a para-, antiferro- és gyengén ferromágneses viselkedés, anomális Hall-effektus, igen nagy nyomáson (220 GPa) való stabilitás. Ezeket a tulajdonságokat az elemek között egyedülálló kristályszerkezetének köszönheti: különböző vegyértékállapotú és méretű atomokból épül fel.
Az α-Mn felhasználhatósága feltételezhetően bővíthető ötvözéssel. A Cu nem oldódik benne egyensúlyi körülmények között, azonban korábbi munkánkban [1] sikerült nem-egyensúlyi körülmények között – DC magnetron porlasztással – α-Mn(Cu) szilárd oldatot előállítani. Jelen kutatásban vizsgáltuk a Cu α-Mn-ban történő nem-egyensúlyi oldhatóságának határát, az α-Mn(Cu) rétegek növekedését és mikroszerkezetét.
A nem-egyensúlyi oldhatóságot DC magnetron porlasztással növesztett 50 nm vastag kombinatorikus mintán vizsgáltuk, ahol az összetétel lineárisan változott tiszta Mn és 50 at% Cu-tartalom között. A rétegek 30 at% Cu-tartalomig tartalmaznak kristályos fázist, a szemcseméret 5-20 nm között változik. Az elektrondiffrakciós intenzitás eloszlások megmutatták, hogy az α-Mn képes 30 at% rezet oldani. A rétegek növekedését 0,5-1 μm vastag minták keresztmetszetén vizsgáltuk, diszkrét és változó összetételű rétegeket összehasonlítva. 10 at% Cu-tartalomnál oszlopos szerkezetű, egyfázisú α-Mn(Cu) szilárd oldat réteg növekszik (a ábra). A Cu-tartalom növekedésével megjelenik egy amorf kisebbségi fázis és megakasztja az α-Mn(Cu) szilárd oldat szemcsék növekedését, ezáltal hosszúkás szemcsékből álló réteg nő, melyek határfelületén amorf Cu-Mn található (b ábra). Változó összetételű rétegek vizsgálata megmutatta, hogy az egyfázisú növekedésre jellemző oszlopos szerkezetet fenn lehet tartani magasabb Cu-tartalomnál. Az e ábrán látható réteg összetétele a növekedés elején tiszta Mn volt és Cu-tartalom lineárisan nőtt 60 at%-ig. A réteg oszloposan növekedett, az oszlopokban egy éles kristályos – amorf váltást figyelhetünk meg 30 at% Cu-tartalomnál. A változó összetételű réteg a diszkrét esetben kétfázisú növekedést mutató összetétel-tartományban (10-30 at% Cu) is megtartotta az oszlopos szerkezetet, ami számos alkalmazásban előnyös lehet, ahol a szemcsehatárok minimalizálására van szükség.

[1] F. Misják, K.H. Nagy, P. Lobotka, G. Radnóczi, Journal of Applied Physics, 116(8) 2014

10 at% (a), 20 at% (b) és 0-60 at% (c) Cu-tartalmú Mn-Cu rétegek szerkezete sötét látóterű TEM képeken.