Japon Yapıştırıcısı mı? Hidrojel mi?
Fotoğraf: Yeni geliştirilen jel, deniz suyu gibi yüksek iyonik koşullarda negatif yüklü katı yüzeylere bağlanırlar. (Hailong Fan ve arkadaşları, Nature Communications, Kasım 12, 2019)
Denize yapışma: Hali hazırda mevcut deniz tutkalları ile var olan problemlerin üstesinden gelinmesi ile birlikte yeni ve biyolojiden ilham alınarak tasarlanan hidrojeller deniz suyu gibi yüksek iyonik ortamlarda japon yapıştırıcısı gibi davranabilmektedir.
Kendini midyeler gibi su altı yüzeylerine sabitleyen organizmalardan ilham alan bilim insanları, deniz ortamı için yapıştırıcılar geliştirme üzerine çalışıyorlar. Bu katekol bazlı yapıştırıcılar kolayca okside olurlar ve sonunda aderans kapasitelerini (yapışkanlık) kaybederler ve bu durum da bilim insanlarının niyet ettikleri amaç için yeteri kadar tatmin edici olmadıkları sonucunu ortaya koyar.
Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmada, Hokkaido Üniversitesi’nden Hailong Fan ve Jian Ping Gong çalışma arkadaşları ile birlikte denizin altında bulunan kaya, cam ve metal gibi negatif yüzeylere yapışmak amacıyla elektrostatik etkileşimden faydalanan yapıştırıcılar geliştirme olasılıklarını araştırdılar.
Araştırma ekibi, yapı taşı olarak iki farklı tür monomerden oluşan polimer zincirleri inşa ettiler. Bu monomerlerden biri pozitif yüklü katyonik kök içerirken bir diğeri ise aromatik halka içermektedir. Biyolojik sistemlerde, komşu (bitişik) katyonik-aromatik amino asit dizilimlerinin tuzlu su içerisinde elektrostatik etkileşimleri kolaylaştırdığı bilinmektedir. Bununla birlikte, monomer dizilimlerinin kontrol edilmesindeki güçlükler sebebi ile bu dizileri sentetik polimerlere sokmak oldukça zordur.
Gong ve çalışma arkadaşları, komşu katyonik-aromatik dizilere sahip sentetik polimerlerin ‘’cation-p complex-aided free-radical polimerization’’ olarak adlandırılan oldukça ölçeklenebilir, uygun maliyetli bir yöntem kullanılarak kolayca üretilebileceğini keşfettiler.
Fotoğraf: Hidrojelin deniz suyundan hava ortamına alınmadan önce cam yüzeye yapışması sadece 5 saniye sürdü. (Hailong Fan ve arkadaşları, Nature Communications, Kasım 12, 2019)
Tuzlu sudaki negatif yüklü katı yüzeylere iyi yapışmış bir hidrojel oluşturmak üzere polimer içerisinde birbirine bağlanmış iki farklı kök türünün olduğunu buldular. (Yapışma gücü yaklaşık 60 kPa değerine ulaştı) Çeşitli katyonik aromatik monomer kombinasyonlarından oluşan hidrojeller yüzeylere, hızlı, güçlü fakat bununla birlikte tersinir bir yapışma göstermiştir. Yapışma, (adezyon) büyük ölçüde, polimerler üzerindeki pozitif yüklü köklerin negatif yüklü katı yüzeyler ile arasındaki elektrostatik etkileşim sayesinde gerçekleşmektedir. Fakat, ilginç bir şekilde, komşu dizilimler olmaksızın bu katyonik-aromatik monomerlerden elde edilen polimerler neredeyse yapışkan değildi. Bu durum, komşu aromatik köklerin iyonik kuvveti yüksek ortamlarda elektrostatik etkileşimi arttırdığını ortaya koymaktadır.
Fotoğraf: Sentetik yöntem, komşu katyonik (mavi)-aromatik (yeşil) dizilere sahip polimerlerin oluşmasını sağlar. Polimerlerde bulunan iki monomer türü, tuzlu sudaki negatif yüklü katı yüzeylere iyi yapışmış bir hidrojel oluşturmak üzere birbirlerine bağlanırlar. . (Hailong Fan ve arkadaşları, Nature Communications, Kasım 12, 2019)
Gong, ‘’ Dizilim kontrollü polimerik hidrojelimiz, denizaltı sızıntıları için yapıştırıcılar, deniz ortamlarını korumak için deniz kumu bağlayıcıları ve denizdeki beton için koagülant olarak gelecek vaat eden uygulamalara sahip olmalıdır.’’ diyerek açıklamada bulundu. Yapılan çalışma ayrıca, yüksek iyonik ortamlarda elektrostatik etkileşimler üzerine daha fazla çalışma yapılmasının önünü açabilir.
Bu çalışma, kısmi olarak kimyasal reaksitonları anlamamızı ve verimli bir şekilde geliştirmemizi ilerletmek için 2018 yılında Hokkaido Üniversitesi’nde kurulan Kimyasal Reaktör Tasarımı ve Keşif Enstitüsü’nde (Institute for Chemical Reactor Design and Discovery – WPI-ICReDD) yürütüldü.
Kaynak: scitechdaily.com
