Kendini Yeniden Üreten Plastik

Canlı dokular kendilerini yenileyebiliyor, ancak aynı şey sentetik malzemeler için geçerli değil. Kendi kendine büyüyen ya da kendini yenileyen sentetik malzemeler henüz geliştirilemedi. Urbana-Champaign'deki (ABD) Illinois Üniversitesi'nde çalışan araştırmacılar bu yönde önemli bir adım attı. Araştırmacılar, kendini yenileyen bir plastik malzeme tasarladı ve yenilenme sürecini laboratuvar ortamında inceledi. Sonuçlar farklı etkenlerin uygun bir biçimde ayarlanmasıyla kendini yeniden üreten plastiklerin geliştirilebileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, tasarladıkları malzemede oluşan bir deliğin, dışarıdan herhangi bir müdahale olmadan, üç saat içinde tamamen onarıldığını gözlemledi. Benzer başka malzemelerin de geliştirilebileceği düşünülüyor. Örneğin gelecekte kazalardan sonra birkaç saat içinde kendini onaran araba tamponları geliştirilebilir.      

Tasarlanan plastiğin kendini yenileme süreci, canlı dokuların kendini yenileme sürecine benziyor. Canlılarda yenilenme sürecinde yer alan maddeler yenilenmenin olacağı bölgeye damarlarla taşınır. Araştırmacılar da tasarladıkları malzemenin kendini yenilemesi için gerekli maddeleri, malzemenin içinde oluşturulan damarlara yerleştirmiş. Komşu damarların içine de yenilenmeyi gerçekleştirecek farklı kimyasal maddeler konmuş. Bu maddeler bulundukları damarların içinde uzun süre durağan bir biçimde kalabiliyor. Ancak farklı damarların içindeki farklı maddeler birbirleriyle karıştıkları zaman yenilenme süreci başlıyor.

Malzeme, herhangi bir hasar yokken farklı damarlardaki kimyasal maddeler birbiriyle karışmayacak şekilde tasarlanmış. Ancak bir hasar meydana geldiğinde -örneğin malzemede bir delik oluştuğunda- damarların içindeki kimyasal maddeler hasarlı bölgeye akmaya başlıyor. Farklı damarlardan gelen kimyasal maddelerin karışmasıyla önce jel kıvamında bir sıvı oluşuyor ve bu jel hasarlı bölgeyi tamamen dolduruyor. Daha sonra jel kıvamındaki sıvı polimerleşerek sertleşiyor ve yenilenme süreci tamamlanıyor.   

Kendini yenileme sürecinin başarılı olması için pek çok önemli etken var: sıvıların akışkanlığı, yüzey gerilimleri, yerçekimi, çevre... Damarların içindeki sıvıların akışkanlığı yüksek olduğu zaman sıvılar, jel kıvamına gelip hasarlı bölgeyi dolduramadan yerçekiminin etkisiyle yere akıyor. Dolayısıyla jel oluşabilmesi ve bu jelin hasarlı bölgeyi tamamen doldurabilmesi için damarların içindeki sıvıların akışkanlığının düşük olması gerekiyor. Jelleşme ve polimerleşme aşamalarının farklı zaman dilimlerinde gerçekleşmesi de önemli. Çünkü polimerleşme, hasarlı bölge tamamen jel ile dolmadan başlarsa yenilenme süreci tamamlanamıyor; oluşan yeni polimerler jelin yayılarak hasarlı bölgeyi doldurmasına engel oluyor. Bu yüzden araştırmacılar polimerleşme aşamasının başlamasını geciktirmek amacıyla damarların içine inhibitörler (tepkimeleri yavaşlatan maddeler) de eklemiş.

Jelleşme aşaması hızlı gerçekleştiği zaman, hasar görmüş bölgeye akan sıvılar sadece yüzey gerilimleri ile değil aynı zamanda daha önce oluşmuş jellerin desteği ile de hasar görmüş polimere tutunuyor. Böylece hasarlı bölgenin tamamen dolması kolaylaşıyor. Özellikle hasarın büyüklüğü belirli bir eşik değerini aştıktan sonra sıvının, yerçekimine rağmen sadece yüzey gerilimleri ile hasarlı polimere tutunması zorlaşıyor. Bu yüzden jelleşme aşamasının hızlı gerçekleşmesi özellikle hasarın büyük olduğu durumlarda önemli.

Araştırmacılar laboratuvar ortamında yaptıkları deneyler sırasında 35 milimetre çapındaki bir deliği onarmayı başarmış. Yenilenme sırasında deliğin tamamen dolması yaklaşık 20 dakika, polimerleşmenin tamamlanması ise yaklaşık 3 saat sürüyor. Laboratuvar ortamı dışındaki uygulamalar çok daha karmaşık olabilir. Ancak sonuçlar kendini yeniden üreten plastik malzemelerin geliştirilmesi bakımından hayli umut verici.

Kaynak:

• White, S. R., “Restoration of large damage volumes in polymers”, Science, Cilt 344, s. 620, 2014.