Deniz Suyunda Süper Yapıştırıcı Gibi Davranan Biyo-İlham Hidrojel
Fotoğraf: Yeni geliştirilen jel, deniz suyu gibi yüksek iyonik koşullarda negatif yüklü katı yüzeylere yapışır.
“Yeni biyo-ilham hidrojeller, deniz suyu gibi yüksek iyonlu ortamlarda süper yapıştırıcı gibi davranarak halihazırda mevcut olan deniz yapıştırıcılarındaki sorunların üstesinden gelebilir.”
Bilim insanları, kendilerini midye gibi sualtı yüzeylerine sabitleyen organizmalardan ilham alarak deniz ortamı için yapıştırıcılar geliştirmeye çalışıyorlar. Katekol bazlı yapıştırıcılar kolayca okside olarak yapışkanlıklarını kaybederler ve bu da kullanım amacı için tatmin edici olmadıklarını gösterir.
Nature Communications isimli akademik dergide yayınlanan bu çalışmada Hokkaido Üniversitesi’nden Hailong Fan ve Jian Ping Gong, meslektaşları ile birlikte, deniz altındaki kaya, cam ve metal gibi negatif yüklü yüzeylere yapışmak için elektrostatik etkileşimi kullanan yapıştırıcılar geliştirme olasılığını araştırdı.
Ekip, iki tip monomerden yapılan polimer zincirlerini yapı taşı olarak oluşturdu. Biri pozitif yüklü “katyonik” bir atom grubu içerirken; diğeri “aromatik” bir halka içerir. Biyosistemlerde, proteinlerdeki bitişik katyonik-aromatik amino asit dizilerinin tuzlu sudaki elektrostatik etkileşimleri kolaylaştırdığı bilinmektedir. Bununla birlikte, monomer dizilerinin kontrol edilmesindeki güçlükler nedeniyle, bu dizileri sentetik polimerlere sokmak zordur.
Gong ve meslektaşları, bitişik katyonik-aromatik sekanslara sahip sentetik polimerlerin, “katyon-p kompleks-destekli serbest radikal polimerizasyonu” olarak adlandırılan oldukça ölçeklenebilir, uygun maliyetli bir yöntem kullanılarak kolayca üretilebileceğini keşfetti.
Fotoğraf: Hidrojelin cam bloğu deniz suyundan havaya kaldırmak amacıyla yapışması sadece 5 saniye sürdü. Kredi: Hailong Fan et al., Nature Communications, Kasım 2019
Araştırmacılar, polimerlerdeki iki grup tipinin, tuzlu suda negatif yüklü katı yüzeylere iyi yapışmış bir hidrojel oluşturmak üzere bir araya geldiğini buldu- yapışkan mukavemeti yaklaşık 60 kPa’ya yaklaştı. Çeşitli katyonik-aromatik monomer kombinasyonlarından oluşan hidrojeller, yüzeylere hızlı, güçlü fakat geri dönüşümlü yapışma göstermiştir. Yapışma büyük ölçüde, polimerler üzerindeki pozitif yüklü grup ve negatif yüklü yüzeyler arasındaki elektrostatik etkileşim sayesinde gerçekleşmiştir. Ancak, ilginç bir şekilde, bitişik dizileri olmayan bu katyonik-aromatik monomerlerden yapılan polimerler neredeyse yapışık değildi, bu da bitişik aromatik atom grubunun yüksek iyonik mukavemetli ortamlarda elektrostatik etkileşimi arttırdığını gösterir.
Fotoğraf: Sentetik yöntem, bitişik katyonik (mavi) -aromatik (yeşil) dizilere sahip polimerleri verir. Polimerlerde bulunan iki monomer türü, tuzlu suda negatif yüklü katı yüzeylere iyi bir şekilde sıkışmış bir hidrojel oluşturmak üzere birbirine bağlanır. Kredi: Hailong Fan ve diğerleri, Nature Communications, Kasım 2019
Gong “Dizi kontrollü polimerik hidrojelimiz, deniz altı sızıntısı için tutkal, deniz çevresini korumak için deniz kumu bağlayıcıları ve denizde beton için pıhtılaştırıcı gibi uygulamalar için umut verici” diyor. Ayrıca bu çalışma yüksek iyonik ortamlarda elektrostatik etkileşimler hakkında daha fazla araştırma yapılmasının önünü açabilir.
Çalışma kısmen, kimyasal reaksiyonları anlama ve verimli bir şekilde geliştirme amacıyla 2018 yılında Hokkaido Üniversitesi’nde kurulan Kimyasal Reaksiyon Tasarımı ve Keşfi Enstitüsü’nde (WPI-İCReDD) yürütülmüştür.
Kaynak: scitechdaily.com
