Zaman Ayarlı Supramoleküler Maddeler

Doğada, kendiliğinden bir araya gelip, ömürlerinin sonuna geldiklerinde ise kolayca yok olabilen maddelere rastlamak mümkün. Münih Teknik Üniversitesi’ndeki araştırmacılar önceden belirlenen bir zamanda parçalanabilen supramoleküler maddeler geliştirdiler. Bu özelliğin, çok sayıda uygulamada kullanılabileceği öngörülüyor.

Plastik şişeler, boş konserve kutuları, eski oyuncaklar, yırtılmış tişörtler ve kullanılamaz hale gelmiş telefonlar… Gün geçtikçe insanoğlu tonlarca atık üretiyor. Peki gezegenimizi çöp içinde boğulmaktan nasıl kurtarabiliriz?

Bu güne kadar geri dönüşüm çok tercih edilen bir yöntemdi, fakat bu yöntemin oldukça pahalı olduğu ortaya çıktı. “Çoğu insan yapımı madde kimyasal olarak çok stabil. Onları tekrar bileşenlerine ayırmak için ise çok miktarda enerji gerekiyor,” şeklinde açıklıyor, Münih Teknik Üniversitesi’ndeki Supramoleküler Kimya Profesörü Job Boekhoven. Kimyager Boekhoven, biyolojik süreçlerden esinlenerek farklı bir yol izliyor.

“Doğa çöp yığını üretmiyor. Bunun yerine, biyolojik hücreler sürekli olarak atık moleküllerden yeni moleküller üretiyor. Bu moleküllerden bazıları daha büyüklerini oluşturuyor. Hücreyi yapısal olarak bir araya getiren bu yapılara supramoleküler maddeler deniyor. Bu dinamik, gerek duyulmadığı zaman kendiliğinden yok olabilen maddeler geliştirmek için bize ilham verdi,” şeklinde anlatıyor Job Boekhoven.

Rol Modeli Olarak Doğa 

İnsan yapımı maddeler ve canlı biyolojik maddeler arasındaki en temel farklardan biri enerji yönetimi. İnsan yapımı maddeler çevreleriyle dengededir, yani molekül ve enerji alım-verimi yapmazlar, en baştaki halleri nasıl ise o durumda kalırlar.

Buna karşı doğa farklı bir prensibe göre çalışır. Deri, kemik ve hücre gibi canlı biyolojik maddeler çevreleriyle dengede değildir. Yapılanmaları, korunmaları ve yenilenmeleri için sürekli olarak enerji girişi gereklidir.

Boekhoven’a göre adenozin trifosfat (ATP) enerji kaynaklarına güzel bir örnek olabilir. “Enerji bulunduğu sürece, hasar görmüş bileşenler ve tüm hücreler çözünebilir ve yenilenebilir, aksi takdirde organizma ölür ve temel yapıtaşlarına bölünecek şekilde parçalanır,” diyor Boekhoven. 

Sonunda Sadece Moleküler Toz Kalır 

Boekhoven’in Münih Teknik Üniversitesi’ndeki kimyagerler, fizikçiler ve mühendisler ile beraber keşfettiği maddeler, çalışma prensibi olarak doğayı baz alıyor. Moleküler yapıtaşlar başlangıçta değişken, fakat enerji, yüksek enerjili molekül formunda verildiğinde supramoleküler yapılar şekil almaya başlıyor.

Bu yapılar, enerji tükendiği zaman bağımsız olarak parçalanıyor. Bu şekilde, ömürleri de verilen “yakıt” miktarına göre önceden belirlenmiş oluyor. Laboratuvarda, maddeler birkaç dakikadan veya birkaç saatten sonra ayrışmaya ayarlanabiliyor. Ayrışmış maddeler ise, başka bir grup yüksek enerjili molekül eklendiği takdirde tekrar kullanılabiliyor ve bu döngü bu şekilde devam ettiriliyor. 

Laboratuvardan Pratiğe

Bilim insanları, kolloidleri, supramoleküler hidrojelleri veya mürekkebi oluşturan anhidritler tasarladılar. Bu maddelerin içinde kimyasal reaksiyon ağı yakıt olarak geri çevrilemez karbodiimid tüketimiyle dikarboksilatları yarı kararlı anhidritlere çeviriyor. Yarı kararlı özelliklerinden dolayı anhidritler orjinal dikarboksilatlarına ayrışıyorlar.

Moleküller kimyasal bütünlerine bağlı olarak farklı yapılar oluşturdukları için çok sayıda uygulama olanağı doğuyor. Örneğin, küresel kolloidler suda çözünmeyen moleküllerle doldurulabilir. Bu sayede kansere karşı etki eden ilaçlar direkt tümör hücresine taşınabilir. Sonunda ise kolloidler ilacı verilmesi gereken bölgeye bıraktıktan sonra dağılabilir.

Diğer yapıtaşlar, sıvıları jellere çeviren uzun lifli yapılar doluşturabilir ve yeni nakledilen dokuyu önceden belirlenmiş bir sürede stabilize etmek için kullanılabilir. Kesin olarak tanımlanmış dayanıklılığa sahip olan mürekkepler yıldız şeklinde yapıya dönüşen moleküllerden üretilebilir.

İhtiyaç duyulmadığı zaman yok olabilen supramoleküler makinalar veya cep telefonları üretmek mümkün olacak mı? “Bu tam olarak imkansız değil, fakat daha uzun bir yolumuz var. Şuan temeller üzerine çalışıyoruz,” diyor Boekhoven.

Kaynak : sciencedaily.com

Yorumlar
About İnovatif Kimya Dergisi

İnovatif Kimya Dergisi aylık olarak çıkan bir e-dergidir. Kimya ve Kimya Sektörü ile ilgili yazılar yazılmaktadır.

Leave a Reply