Işıkla Hareket Edebilen Çapraz Bağlı Polimerler

Çapraz bağlı polimerler suda şişebilen; ışık, ortam asitliği, sıcaklık gibi dış etkenlere maruz kaldıkları zaman tersinir olarak şekil ve boyut değiştirebilen polimerlerdir. Bu özelliklerinden dolayı, çapraz bağlı polimerler ilaçlardan bebek bezlerine kadar pek çok alanda kullanılıyor.

Bütün bu alanların yanı sıra, çapraz bağlı polimerler artık robot teknolojisinde de kullanılmaya başlandı. Aslında bu polimerlerin kullanıldığı robotlar alışılageldik robotlardan bir hayli farklı. Çünkü bu malzemeler bildiğimiz metal adamlardan çok ahtapot ya da denizanasına benzeyen ve “yumuşak robotlar” olarak da adlandırılan yeni nesil robotların üretilmesinde kullanılıyor. 

Organik kimyanın robot teknolojisinin kullanımına sunduğu çapraz bağlı polimerlerin sayısı her geçen gün artıyor. Işıkla kontrol edilebilen polimerler de bunlardan biri. Bu polimerlerin en büyük avantajı, ışığın bu polimerlere uzaktan uygulanabilmesi. Böylece ışıkla kontrol edilebilen polimerler kullanılarak çözücülerden veya kablo kalabalığından kurtulmuş sistemler hazırlanabilir.

Berkley'deki Kaliforniya Üniversitesi’nde bu konuyla ilgili yapılan bir çalışma sırasında grafen ile elastik polipeptitlerden oluşan ve ışığa maruz kaldığı zaman hareket edebilen yeni bir çapraz bağlı polimer hazırlandı.

Grafen, grafitin tek atom kalınlığındaki halidir ve kızılötesi ışığa maruz kaldığında ısı açığa çıkarır. Isınınca su açığa çıkaran elastik polipeptitler ise soğurken suyu soğurur.

Nano Letters dergisinde yayımlanan bu çalışmada Prof. Lee ve arkadaşları farklı özellikteki bu iki malzemeden elde ettikleri biyopolimerlerin bazı kısımlarını diğerlerine göre daha gözenekli üretti. Isınmaya bağlı su çıkışı gözenekli kısımlarda daha hızlı olduğu için, yakın kızılötesi ışık kullanılarak bu polimerlerin sadece istenilen bölgelerinin bükülmesi sağlanabilir. Bükülmenin bölgesel olarak kontrol edilebilmesinin yanı sıra, bükülüp-düzelme hareketi 100 kez tekrarlandıktan sonra bile bükülmenin olduğu bölgenin sadece çok küçük bir değişikliğe uğraması ve bükülme hızı ile bükülme açısının lazer ışının şiddetiyle ayarlanabiliyor olması da bu çapraz bağlı polimerlerin sahip olduğu özellikler arasında sayılabilir. 

Bu çalışmada, kontrollü bükülmeyi daha net bir şekilde gözlemleyebilmek için “el” şeklinde çapraz bağlı polimerler hazırlandı. Bu el şeklindeki polimerlere kızılötesi ışık tutulduğunda ışığa maruz kalan yer öne doğru bükülür ve ışık ortadan kalktığında tekrar eski haline geri döner.

Bu el şeklinde hazırlanmış polimerlerin yakın kızılötesi ışığa maruz kaldıklarında gösterdikleri tepkileri, araştırmayı yapan ekibin üyelerinden Edddie Wang ve Malav Desai’nin hazırladığı aşağıdaki videolarda izleyebilirsiniz.