Bitkilerden İlham Alan Kendi Kendini İyileştiren Malzemeler
Fotoğraf: Fiberlere paralel 26 günlük bir yarası olan Linum “Drakkar” kökünün kesit görüntüsü. 2017 Cloé Paul-Victor, Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg
EPFL İleri Kompozitler Proses Laboratuvarı’ndan ve Freiburg Üniversitesi’nin botanik bahçesinden bilim insanları bir araya gelerek, keten bitkisinin yara aldıktan sonra kendi kendini nasıl iyileştirdiğini araştırdılar. Çok disiplinli bir Avrupa Projesi’nin bir parçası olarak, bitkinin sertleşme ve yumuşama gibi mekanik özelliklerindeki değişimleri ölçümlediler ve bitkinin kendi kendini iyileştirme mekanizmasını incelediler. Doğal fiberlerin kompozitlerde kullanımı her geçen gün arttığı için, bitkinin kendisini iyileştirme mekanizmasını algılamak, daha yüksek performanslı, kendi kendini iyileştirebilen malzemelerin, doğadan ilham alınarak geliştirilmesini sağlayabilir. Bu çalışma yakın zamanda PLOS ONE dergisinde yayınlandı.
Çizildikten sonra kendi kendini onaran bir araba boyası düşünün. Ya da parçalandıktan sonra tekrar bir araya gelebilen bir korozyon önleyici kaplamayı… Hala pek çok engel bulunmasına rağmen, bu iki uygulama kendi kendini iyileştiren malzemelerin en çok ümit vaat eden iki uygulaması olarak görülüyor. LPAC Başkanı ve çalışmanın yazarlarından biri olan Véronique Michaud, her tip malzemenin farklı bir zorluk ortaya koyduğunu belirtiyor. “Bazı malzemeler içlerinde yer alan sıvı sistemi sayesinde kendi kendini yenileyebiliyor. Malzeme çizilirse, sıvı o bölgeden akarak hava ile temasa geçiyor ve çiziği dolduruyor. Bu durum, elinizi kestiğinizde kanınızın pıhtılaşmasına benziyor.” Ancak diğer malzemeler daha karmaşık yapılarda olduğu için bu alandaki çalışmalar henüz laboratuvar safhasında. Bu özellikle uçak ve spor ekipmanlarında kullanılan kompozit malzemeler için geçerli ve bilim insanları çalışmalarında bu alana odaklanıyorlar.
Bitkinin Mekanik Özelliklerindeki Değişim
Vahşi doğada, bitkiler rüzgar, yağmur, kırık ve kopma gibi pek çok dış etkenle mücadele etmek zorundalar. Bu nedenle, bilim insanlar keten bitkisinin kesildikten sonra nasıl kendini tamir ettiğinin mekanizmasını incelediler. Michaud, “Keten bitkisini seçtik çünkü keten lifleri hali hazırda kompozit üretiminde kullanılıyor ve keten bitkisi hızlıca her yerde yetiştirilebiliyor” diye açıkladı. Bilim insanları iki farklı aileden keten bitkisine enine ve boyuna olacak şekilde kesikler attılar ve bu bitkileri yara almamış keten bitkileri ile birlikte 25 gün boyunca yan yana büyümeye bıraktılar. Bitkilerdeki sertleşme ve yumuşama değerlerini takip ettiler. Freiburg Üniversitesi’nden bir Post-Doc Biyolog araştırmacı ve EPFL’den araştırmacılar, bitkileri gerginleştirmek ve geçici tepkilerini gözlemleyebilmek için, tüm bitkilere dinamik çekme yükleri uyguladılar. Sertleşme ve yumuşama, araştırmacıların sürekli olarak iyileştirmeye çalıştığı iki parametre olup, ikisi arasındaki en uygun dengeyi sağlamak en önemli amaç haline geldi. Bilim insanları bu araştırmada, kompozit malzemelerin test edilmesinde kullanılan test yöntemleri ve makinelerini kullandılar.
Yaranın Tipine Göre Farklı Reaksiyon
Bilim insanları ayrıca keten bitkisinin yarasını nasıl iyileştirdiğine de baktılar ve yaranın enine ya da boyuna olmasına bağlı olarak bitkinin farklı tepki verdiğini gördüler. Boyuna yaralarda, yaranın etrafında bulunan bitki hücreleri yara üzerinde bir çeşit deri yapısı oluşturuyor ancak bitki kendisini iyileştirmiyor. Enine yaralarda ise, bitki hücreleri bitki hücreleri yaranın açtığı boşluğu dolduruyor ve yarayı tamamen doldurarak iyileştiriyor. Bu durumda, iyileşmiş bitki mekanik gücünün %95’ini geri kazanmış oluyor. Freiburg Üniversitesi’nde gerçekleştirilen diğer testle; yapılan diğer testler, kendi kendini iyileştirme performansının; bitkinin türü, yaranın derinliği ve ciddiyeti, bitkinin habitatı gibi pek çok parametreye bağlı olduğunu gördüler. Kendi kendini iyileştiren bitkilerdeki iyileşmiş bölümler, dokunulmamış bölgeler kadar büyüyemiyor ancak tohum üretebiliyor ve çiçek açabiliyor. Bilim insanları, keten bitkisinin mekanik özelliklerini ve kendi kendini iyileştirme yeteneğini sayısal hale getirmeyi ilk kez bu araştırmada başardılar. Ayrıca, sentetik malzemeler için geliştirilmiş test yöntemleri ve ekipmanları ilk kez LPAC araştırmacıları tarafından bitkilerin test edilmesi için kullanıldı. Araştırmacılar bu çalışmanın çıktılarını kullanıp, farklı doğal mekanizmaları da inceleyip, kompozit malzemelerin geliştirilmesinde kullanılabilecek yeni stratejiler geliştirilmesini umuyor.
Bu çalışma AB tarafından fonlanan Marie-Curie Initial Training Network programı kapsamında yürütülmüştür; #290308, “Self-Healing Materials: from Concepts to Market” (SHeMat). Almanya Freiburg Üniversitesi’nin katkıları ile.
Kaynak : epfl.ch
