Bu polimer jelden yapay bağırsak yapılabilir

Japonya'dan kimyagerler, bir Petri kabında oluşturduğu şekiller ile etkileyici karıştırma desenleri oluşturan bir reaksiyona örnek veriyor. Araştırmacılar, Belousov-Zhabotinsky reaksiyonunun titreşen kimyasal dalgalarının bir kargoyu taşıyacak kuvvette olduğunu, tıpkı bir bağırsak gibi, kasılmalar ile akıllı bir polimer tüpün uzunluğu boyunca kargoyu taşıyabildiğini keşfetti.

Belousov-Zhabotinsky reaksiyonları ilk olarak 1950'lerde keşfedilmiş olup termodinamik denge dışındaki bir kimyasal karışımın göz çarpıcı bir örneği. Reaksiyonun renkli bileşenleri başlangıç maddesinden ürüne doğru titreşirken ve geriye gelirken, Petri kabında spiraller dönüp durmakta ve farklı bileşenler reaksiyon karışımı içinde diffüzlenmektedir.

Belousov-Zhabotinsky reaksiyonunun işe yaraması için, Tokyo Üniversitesi'nden Yusuke Shiraki ve Ryo Yoshida, ana bileşen olarak bir rutenyum katalizörünü bir N-izopropilakrilamid polimer jeli içine yerleştirdiler. Araştırmacılar bu jeli bir malonik asit, sodyum bromat ve nitrik asit çözeltisine döktüklerinde, titreşen reaksiyon karışımı jel içinde dalgalar şeklinde kas benzeri kasılmalara neden oluyor.

Bu fenomen reaksiyon karışımı içindeki redoks döngülerinden ileri geliyor, rutenyum(II) öncelikle bromat ile rutenyum(III)'e yükseltgeniyor, ardından malonik asit ile tekrar indirgeniyor. Rutenyum(III) polimerin hidrofobluğunu artırdığı için, jel bu noktada şişiyor.

Ryo, Belousov-Zhabotinsky reaksiyonunu bir akıllı polimer içinde 1990'ların ortalarında kullanmıştı. Bu sırada o, sıcaklık değişimi veya pH değişimi gibi dış bir etkenle reaksiyona giren tepkin polimer jelleri çalışıyor ve ilaç iletim sistemleri ve aktuatör gibi uygulamalar için kullanmayı düşünüyordu. Ryo, şöyle diyor: “Dış etkenle açık-kapalı dönüşümü olmaksızın, jellerin periyodik olarak şişmesi-sönmesini sağlayabilirsem çok ilginç olacak diye düşünüyordum”.

Yürütücü reaksiyon

Belousov-Zhabotinsky reaksiyonunun redoks dönüşümleri prosesi yürütmek için ideal idi.

Ryo, şöyle diyor: “Bu güne kadar polimer zincirinden yığın jele kadar değişen, nanometre ile santimetre aralığında pek çok seviyede titreşim hareketlerini elde etmeyi başardık”. Takımın yaptığı en son araştırma, bir cam kılcal borunun iç yüzeyine rutenyum emdirilmiş polimeri kaplayarak, dalgalar şeklinde şişen ve büzülen tüp biçimli kendinden titreşimli bir jel oluşturmak oldu. Cam kalıbı hidrofluorik asit ile giderdikten ve tübü Belousov-Zhabotinsky karışımına daldırdıktan sonra, araştırma ekibi tüpün peristaltik hareketinin, tüp içindeki bir kabarcığı hareket ettirebileceğini gösterdi.

Avustralya'daki Wollongong Üniversitesi, Akıllı Polimer Araştırma Enstitüsü'nde polimer esaslı aktuatörler ve sensörleri inceleyen Geoffrey Spinks, konu hakkında şöyle diyor: “Titreşen jeller ile ilgili daha önce yapılan çalışmaların mantıklı bir ilerlemesi olarak görünen bu çalışmada, bu sefer iyi bir yere gitme potansiyeli artmış görünüyor. Bu tüplerin içinde, bir yöne doğru pompalama hareketini, kontrollü bir hızla akışkanların ve kabarcıkların hareket ettiğini görmeniz mümkün”.

Malzemenin ilk düşünülen kullanım alanı çip içinde laboratuar (lab-on-a-chip) olmuş. Ryo, şöyle diyor: “Mikro-kanallarda otomatik mekanik pompalama sistemleri ile iç sıvıyı veya malzemeleri taşımak en gerçekçi uygulama gibi görünüyor”. Şu zamana kadar, araştırmacılar yalnızca reaksiyon karışımının kendisini tüpten aşağıya gönderebildiler, ancak polimeri modifiye ederek Belousov-Zhabotinsky reaksiyon karışımını tüpün dışında tutarken başka bir sıvıyı merkeze pompalamak mümkün olabilir.

Spinks, şöyle diyor: “Bu sorunun üstesinden gelinebilmesi mantıklı gözüküyor. Mikro-akışkanla çalışan, çip içinde laboratuar uygulamaları için bu oldukça faydalı olacaktır, çünkü tüpler hem bir sıvı gideri, hem de bir pompa olarak çalışacak ve bu yüzden ayrı bir pompalama odasına ihtiyaç kalmayacak”.

Uzun vadede, jel tüpünün otomatik peristaltik pompa hareketi diğer potansiyel uygulamalara da ışık tutacak. Spinks, şöyle diyor: “Buradaki büyüleyici kısım şu: Eninde sonunda tıbbi bir uygulaması da olabilir, örneğin yapay bağırsak veya arter, vb olarak kullanılabilir”. Bu arada, Ryo, daha pratik düşünceler üzerinde çalışıyor. Ryo, diyor ki: “Bundan sonraki adım, jelin daha etkin bir şekilde titreşim yapması için, jelin kimyasal ve fiziksel yapısını daha kesin bir şekilde tasarlamak”.

Aktaran: James Mitchell Crow

Kaynaklar

http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2012/May/belousov-zhabotinsky-reaction-artificial-intestine.asp

Y Shiraki and R Yoshida, Angew. Chem., Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201202028

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap