En güçlü sentetik malzemeler genellikle bilerek, doğayı taklit edenlerdir.
Bilim insanlarının; sentetik materyaller oluştururken aradıkları doğal madde, sedef; aynı zamanda “incinin annesi” olarak da bilinir. Bazı yumuşakçalar tarafından üretilen ve iç kabuk tabakaları olarak görev yapan istisnai derecede bu sert malzeme; aynı zamanda parlaklıklarını veren dış inci katmanını da içeriyor.
Ancak sedefin eşsiz özellikleri; onu sentetik malzemelerin oluşturulmasında ideal bir ilham kaynağı olmasına rağmen, yapay sedef üretmek için kullanılan çoğu yöntem karmaşık ve enerji yoğundur.
Rochester Üniversitesi‘ndeki bir biyolog; yenilikçi bir bileşen kullanarak, yapay sedef yapımı için ucuz ve çevre dostu bir yöntem icat etti: Bakteri… Rochester’da Doçent Profesör Anne S. Meyer tarafından oluşturulan yapay sedef; biyolojik olarak üretilmiş malzemelerden yapılmış ve ayrıca şaşırtıcı şekilde bükülebilir olmasına rağmen, doğal sedef sertliğine sahiptir.
Yeni malzemenin yaratılmasında kullanılan yöntem; tıpta, mühendislikte ve hatta binaları inşa etmede yeni uygulamalara yol açabilir.
Etkileyici Mekanik Özellikler
Doğal sedefin etkileyici mekanik özellikleri; enerjinin malzeme üzerinde eşit bir şekilde dağılmasını sağlayan hiyerarşik, katmanlı yapısından kaynaklanır. Small Dergisi’nde yayınlanan bir makalede, Meyer ve arkadaşları; bu katmanları çoğaltmak için iki bakteri türü kullanma yöntemlerini ana hatlarıyla belirtiyorlar. Numuneleri bir elektron mikroskobu altında incelediklerinde, bakteri tarafından yaratılan yapı; yumuşakçalar tarafından doğal olarak üretilen sedefe benzer şekilde katmanlandı.
Meyer, sedeften ilham alan materyallerin daha önce sentetik olarak yaratılmış olmasına rağmen; bunları tipik hale getirmek için kullanılan metotların pahalı ekipman, aşırı sıcaklıklar, yüksek basınç koşulları ve toksik kimyasallar içerdiğini söylüyor. Ayrıca; yapay sedef üreten birçok insan, organik olmayan bir çözücü olan, sadece susuz çözeltilerde çözünür olan polimer katmanları kullanır. Daha sonra tamamlanan prosedürün sonunda, çok fazla atık ortaya çıkar.
Meyer’in laboratuvarında sedef üretmek için, tüm araştırmacıların yapması gereken; bakteri yetiştirmek ve sıcak bir yerde oturmasını sağlamak…
Yapay sedef yapmak için Anne S. Meyer ve ekibi; alternatif ince kristalize kalsiyum karbonat ve yapışkan polimer tabakaları oluşturmak için bakteri kullanır. Her katman yaklaşık beş mikrometre kalınlığındadır. / Rochester Üniversitesi fotoğrafı / J. Adam Fenster/PHYS
Bakterilerden Sedefe
Yapay sedef yapmak için Meyer ve ekibi; çimento gibi ince kristalize kalsiyum karbonat tabakaları ve yapışkan polimer oluşturuyor. Önce bir cam veya plastik lamı alıp; bir kalsiyum kaynağı olan Sporosarcina pasteurii, ve üre (insan vücudunda üre, idrar yaparken böbrekler tarafından atılan atık üründür) bakteri içeren bir behere yerleştirilir. Bu kombinasyon; kalsiyum karbonatın kristalleşmesini tetikler. Polimer tabakasını yapmak için, lamı bir bakteri Bacillus licheniformis çözeltisine yerleştirir, sonra beherin bir inkübatörde oturmasına izin verir.
Şu anda yaklaşık beş mikrometre kalınlığında kalsiyum karbonat ve polimerden oluşan bir katman oluşturmak; yaklaşık bir gün sürüyor. Meyer ve ekibi; şu anda metal gibi diğer malzemeleri sedefle kaplamak ve daha kalın, sedef benzeri malzemeleri daha hızlı hale getirmek için yeni teknikler deniyorlar ve bu tüm malzemenin kendisi olabilir.
Ay’da Ev İnşa Etmek
Meyer’in laboratuvarında üretilen sedefin en yararlı özelliklerinden biri; insan vücudunun ürettiği malzemelerden yapılmış, (insanların yine de doğal olarak yiyebilecekleri) yani biyolojik olarak uyumlu olmasıdır.
Meyer: “Sedef; yapay kemikler ve implantlar gibi tıbbi uygulamalar için idealdir. Örneğin; kolunuzu kırarsanız, kemik iyileşmenizden sonra ikinci bir ameliyatla çıkarılması gereken metal bir pim koyabilirsiniz. Bu şelkilde tıbbi ihtiyaçları karşılayabiliriz.”
Malzeme, çoğu plastikten daha sert olmasına rağmen; çok hafiftir. Özellikle; her ekstra parada ekstra yakıt anlamına gelen uçaklar, tekneler veya roketler gibi nakliye araçları için değerli bir kalitedir. Bakteri sedefinin üretimi herhangi bir karmaşık alet gerektirmediğinden ve sedef kaplama kimyasal bozulmaya ve yıpranmaya karşı koruduğundan; çatlak önleme, erozyon kontrolü için koruyucu kaplamalar veya kültürel eserlerin korunması gibi inşaat mühendisliği uygulamaları ve gıda endüstrisinde sürdürülebilir bir ambalaj malzemesi olarak faydalı olabilir.
Bir kalsiyum kaynağı ve üre olan bakteri Sporosarcina pasteurii kombinasyonu, aşırı yakın çekimde yukarıda gösterilen kalsiyum karbonatın kristalleşmesini tetikler. / Rochester Üniversitesi / J. Adam Fenster/PHYS
Sedef; Ay ve diğer gezegenlerde evler inşa etmek için de ideal bir malzeme olabilir.
Meyer: “‘Gerekli olanlar’ astronot ve küçük bir bakteri tüpüdür. Ay tozunda, ayın yüzeyinde büyük miktarda kalsiyum var, bu yüzden kalsiyum ihtiyacı oradan sağlanabilir. Astronot; Ay’a bakterileri getirir; kalsiyum karbonat katmanları yapmaya başlamak için gerekli olan üre de zaten astronotta mevcuttur.”
Meyer; ideal bir yapısal malzeme olarak nitelikleri ötesinde, sedefin yığılmış katmanları sayesinde “çok güzel” olduğunu söylüyor. Her istiflenmiş katman yaklaşık olarak görünür ışıkla aynı dalga boyundadır. Işık sedefe ulaştığında, ışığın dalga boyları aynı yükseklikte bu katmanlarla etkileşime girer; böylece görünür ışıkla aynı dalga boyunda geri seker. Benzersiz optik özellikler sunabileceğini söyleyen Meyer; bakteri sedefinin görünür ışıkla etkileşime girmemesine rağmen, katmanlar doğal sedef yüzeyinden daha kalındır. Bu yüzden kızılötesi dalga boylarıyla etkileşime girebilir ve kızılötesi kendiliğinden sıçrayabilir.
Comments