Grafen Membran Süper Hızlı Diyaliz İmkanı Sunuyor
En genel anlamda diyaliz, moleküllerin bir solüsyondan bir zar boyunca süzülerek daha seyreltik bir solüsyona soktuğu süreçtir. Hemodiyaliz olarak da bilinen atıkları kandan temizlemenin yanı sıra, bilim adamları ilaçları arıtmak, kimyasal solüsyondan kalıntı çıkartmak ve tıbbi teşhis için molekülleri izole etmek üzere, genellikle materyallerin gözenekli bir membrandan geçmesine izin verilmesiyle, kullanılır.
Günümüzün ticari diyaliz membranları molekülleri yavaşça, kısmen de makyajlarından dolayı ayırır. Nispeten kalındır ve bu yoğun membranlardan geçen gözenekler, sarmal yollardan da bunu yapar, hedef moleküllerin çabucak geçmesini zorlaştırır.
Artık Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) mühendisleri bir grafen levhasından tavuk telinin altıgen konfigürasyonunda uçtan uca bağlanan tek bir karbon atomu tabakası olan işlevsel bir diyaliz membranı imal ettiler. Grafen zarı, bir tırnak boyu civarında, 1 nm’den daha kalın (en ince mevcut zarlar yaklaşık 20 nm kalınlıktadır). Ekibin zarları, nanometre boyutlu molekülleri sulu çözeltilerden en son teknoloji zarlardan 10 kat daha hızlı filtreleyebiliyor ve grafenin kendisi de 100 kat daha hızlı.
Grafen elektronik uygulamalar için araştırıldığı halde,MIT’nin Makine Mühendisliği Bölümü’nden postman olan Piran Kidambi, grafenin membran teknolojisini, özellikle laboratuvar ölçekli ayırma işlemlerini ve potansiyel olarak hemodiyalizi iyileştirebileceğini söylüyor.
Kidambi, “Grafen çok ince olduğundan, difüzyon son derece hızlıdır” diyor. “Bir molekül, diğer taraftan çıkmadan önce bu kalın gözenekli gözenekleri dolaşmak için bu sıkıcı işi yapmak zorunda değil .Bu biyolojik ayırma rejimine grafen taşımak çok heyecan verici.”
Kidambi, Advanced Materials’de teknolojiyi bildiren bir makalenin baş yazarıdır. MIT’den altı ortak yazar, Rohit Karnik da dahil, yardımcı makine profesörü ve elektrik mühendisliği doçenti Jing Kong.
Grafen zarı oluşturmak için, araştırmacılar ilk önce bakır folyo üzerinde grafen oluşturmak için kimyasal buhar birikimi denilen yaygın bir tekniği kullandılar. Ardından bakırı dikkatlice temizlediler ve grafeni, daha önce grafen içinden geçen moleküllerin içinden geçmesine izin verecek kadar büyük gözeneklerle dolanmış bir polikarbonat tabakasına aktardı. Polikarbonat, çığır açan grafenin kendi üzerine kıvrılmasını önleyerek bir iskelet görevi görür.
Araştırmacılar, grafeni belirli bir boyuttaki moleküllerin arasından geçerek moleküler olarak seçici bir elek haline getirmeye çalışıyorlardı. Bunu yapmak için, malzemeyi oksijen plazmasına maruz bırakarak materyalde küçük gözenekler oluşturduk; oksijenin bir plazma odasına pompalanan, materyallerden temizlenebilmesiyle gerçekleşen bir proses.
Kidambi, “Oksijen plazma koşullarını ayarlayarak, grafenin bozulmadığı alanlarda gözeneklerin yoğunluğunu ve boyutunu kontrol edebiliyoruz” dedi. “Olan şu ki, bir oksijen radikali [grafende] bir karbon atomuna gelir ve hızla tepki verir ve ikisi de karbon dioksit olarak uçarlar.”
Bu, geride karbon atmosferi oturduğu grafende küçük bir delik bırakıyor. Kidambi ve arkadaşları, grafenin oksijen plazmasına daha uzun süre maruz kalışın, daha geniş ve daha yoğun gözenek demek olduğunu buldular. Yaklaşık 45 ila 60 saniyelik nispeten kısa maruz kalma süreleri, çok küçük gözenekler üretir.
Araştırmacılar, farklı membran boyutlarına ve dağılımlarına sahip gözenekli çok sayıda grafen membranı, her membranı bir difüzyon odasının ortasına yerleştirerek test ettiler. Potasyum klorürün (0,66 nm genişliğinde) vitamin B12’ye (1-1,5 nm genişliğinde), lizozimise (4 nm genişliğinde), yumurta beyazı bulunan bir proteine kadar değişen çeşitli boyutlardaki moleküllerin çeşitli karışımlarını içeren bir solüsyonla odanın besin kısmını doldurdular. Odanın diğer tarafı, seyreltik bir çözelti ile dolduruldu. Ekip, daha sonra moleküllerin akışını, her grafen zarından geçtiği sırada ölçtü.
Çok küçük gözenekleri olan zarlar, potasyum kloridi geçirebilir, ancak 0.2nm’den daha geniş olan L-triptofan gibi daha büyük molekülleri değil. Daha büyük gözenekleri olan membranlar daha büyük moleküllerin geçmesine izin verirler.
Ekip ticari diyaliz zarları ile benzer deneyler yaptı ve karşılaştırıldığında, daha yüksek ‘permeasyon’ ile gerçekleştirilen grafen membranlarının arzulanan molekülleri 10 kat daha hızlı filtrelediği bulundu.
Kidambi, polikarbonat desteğin sonuçta her iki katmanı da geçecek olan istenen molekül miktarını sınırlayan yüzey alanının% 10’unu kaplayan gözeneklerle aşındırıldığına işaret ederek, Kidambi, “Membran alanının sadece% 10’una erişilebilir, ancak bu % 10 ile bile en son teknolojiden daha iyisini yapabiliriz.” diyor Kidambi.
Grafen membranını daha da iyi yapmak için ekip, membranın genel geçirgenliğini arttırmak için malzemeye daha fazla gözenek takarak polikarbonat desteğini geliştirmeyi planlıyor. Şu anda 1 cm2 ölçülmekte olan grafen zarı boyutlarını daha da büyütmek için de çalışıyorlar. Özel plazma gözenekleri oluşturmak için oksijen plazma işleminin daha fazla ayarlanması da membranın performansını artıracak – Kidambi’nin işaret ettiği şey, elektronik uygulamalarda grafen için büyük farklı sonuçlar doğuracak.
Kidambi, “Ne ilginç ki, elektronik alanında harika olmayan bu membran, diyaliz alanında gerçekten mükemmel” diyor. “Elektronikte kusurları en aza indirgemek istiyorsun. Burada ise doğru boyutta kusurlar yaratmak istiyorsun. Bu da teknolojinin son kullanımının teknolojide ne istediğini yönettiğini gösteriyor. Bu bir anahtardır” dedi.
Kaynak : materialstoday.com
