Biyolojik malzemelerin yapısal sırları çözülüyor. Devir biyo-esinli malzemeler devri! "Yeni kuşak" fiber optik kablolar, uzay seramikleri, manyetik bellekler ve çok daha fazlası, doğayı kopya ediyor... Endüstri alanında gerçekleşmesini düşlediğimiz birçok şey, zaten doğada var... Bunlar, ABD'nin ünlü iletişim şirketi Lucent Technologies' den biyo-taklit uzmanı Joanna Aizenberg' in sözleri. Ağaç gövdesinden kirpi dikenine kadar tüm biyolojik malzemeler, üstün bir tasarımı yansıtıyor. Ancak, bu tasarımları fark edebiliyor muyuz, onlardan yeterince yararlanabiliyor muyuz?

Bugün, birçok bilim adamı, biyo-taklit malzemeler yapmak için doğaya yöneliyor. Çünkü biyolojik malzemeler, insan yapımı malzemelerden farklı. Yenilenen, geri dönüşümlü, koşullara göre değişen "akıllı malzemeleri"; büküldüğü halde kırılmayan, darbe almasına rağmen çatlamayan; hem esnek hem de dayanıklı olan maddeleri; karmaşık, çok işlevli kompozitleri doğada gözlemlemek mümkün. Şimdi, bu yapıların bazılarına göz atalım ve insan aklına nasıl önderlik yaptıklarını görelim.

Sümüklüböcekten bilgisayara...

Sümüklüböceğin salgısı, oldukça karmaşık ve çok işlevli bir malzeme. Hayvanın sıkışık mekanlarda, orman tabanında, hatta bir jiletin üstünde bile rahatça ilerlemesini, dik yüzeylere yapışmasını, ağaç dallarından sarkmasını sağlıyor. Ayrıca, kurak yaz günlerinde su kaybetmesini önlüyor ve enfeksiyonlara karşı koruyor.

Sümüklüböcek bu kadar çok sıvıyı bedeninde nasıl barındırıyor? İşin sırrı şu: Sümük, kuru tanecikler şeklinde hayvanın bedeninde paketleniyor. Zamanı geldiğinde, yani suyla çevrelendiğinde "paket"ler açılıyor, taneciklerin suyla teması sağlanıyor. 1993 'te Washington Üniversitesi'nden Christopher Viney ve Pedro Verdugo, bu salgının, üstün özellikli polimerik bir malzeme olduğunu ortaya koydular. Hem bu öylesine şaşırtıcı bir malzemeydi ki, salgılandığında son derece hızlı bir biçimde hacminin 100 katına kadar su çekiyordu!

Yakın bir geçmişte Viney, sümüğün ilginç özelliklerinden birini daha keşfetti. Sümük, yönsel özellikleri olan sıvı kristallerden oluşan bir tabaka içeriyor. Hareket halindeki hayvan, arkasında bıraktığı izde, hangi yöne gittiği bilgisini de bırakıyor. Viney, sümüğün bu özelliğine ilişkin bulguların, gelecekte bilgisayar yapımında manyetik parçacıklar yerine kimyasal maddelerin kullanılmasını sağlayarak, daha hızlı bilgisayarları mümkün kılacağını düşünüyor.

Eksi 60 santigrat derecede donmayan su!

Kutupların dondurucu sularında yaşayan balıklar, kanlarında bulunan antifriz glikoproteinler (AFGP) sayesinde -1,8 dereceye varan sıcaklıklarda donmuyor (içeriğindeki tuzdan dolayı deniz suyunun donma noktası -1,9 derece). California Üniversitesi'nde bu proteinleri mercek altına alan Nelly Tsvetkova ve ekibi, akıllara durgunluk veren bazı gerçeklerle karşılaştılar. AFGP'ler, - 60 derecede bile donmamış su ile çevreleniyor, ayrıca sürekli olarak yer ve şekil değiştiriyor!

Antifriz glikoproteinlerin, buz kristallerinin oluşmasını önledikleri biliniyor, ama bunu nasıl yaptıkları henüz tam olarak anlaşılamıyor. Bilim adamları, canlılarda güvenle kullanılacak, bol miktarda üretilecek, düşük maliyetli bir antifriz geliştirebilmek amacıyla AFGP'leri incelemeyi sürdürüyor. Tarımsal ürünleri donmaya karşı koruyacak, organ ve dokuların daha uzun süre saklanmasını sağlayacak antifrizleri kullanacağımız günler yakın gibi...


Optik dikenler

Güney Kutbu'nda, okyanusun 100 200 metre derinlerinde, yaklaşık 600 milyon yıldır olduğu gibi bugün de bir tür optik imalat yapılıyor. Deniz süngeri 'rossella racovitzae', soğuk okyanus suyundan camın ana maddesi olan silikon dioksiti süzerek ince, camsı dikenler üretiyor. Bir başka deyişle, bunlar doğanın "optik kabloları"!

Bugün, ileri teknolojiyle üretilen fiber optik kablolar, ışığın kablo içinde yansıması sayesinde veri iletiminde kullanılıyor. Saç teli kalınlığındaki ince cam tellerden oluşan bu kablolar, süngerler tarafından milyonlarca yıldır üretiliyor. Üstelik farklı ve daha üstün bir tasarımla!

Mükemmel ışık toplayabilme yeteneğine sahip 'rossella racovitzae'nin optik dikenini inceleyen bilim insanları, bileşiminin fabrika ürünü fiber optik kablodan çok farklı olduğunu gördüler. Süngerin dikeni büküldüğünde oluşacak bir çatlak, katmanlı özel yapısı sayesinde fazla ilerleyemiyor. Oysa, fiber optik kablonun bir yerinden çatlaması, çatlağın sonuna kadar ilerlemesi demek. Rossella racovitzae su ortamında yaşıyor. Buna karşın, fabrika ürünü optik kablonun sudan etkilenmernesi için özel maddelerle kaplanması gerekiyor!

California Üniversitesi'nden Dan Morse, yaklaşık 10 yıldır okyanus organizmalannın oluşumunu nano ölçekte (1 nanometre, metrenin milyarda biri) inceleyen bir bilim adamı. Kısa süre önce, ekibiyle birlikte süngerlerin cam dikenlerini kopyalamada önemli aşamalar kaydeden Morse, Hexactinellida sınıfından "cam sünger"lerin silikonu nasıl sentezlediklerini anlamaya çalışıyor. Bu çalışma, titanyum ve galyum gibi değerli malzemeleri, biyoteknik yöntemlerle, düşük sıcaklıklarda ve nano ölçekte sentezlenmenin yollarını gösterebilir.

Yüksek performanslı biyo-seramikler

Seramik üretimi yüksek sıcaklık ve çok fazla enerji gerektiriyor. Oysa, istiridye, denizkestanesi gibi deniz canlıları, karmaşık biyo-seramik kabuklarını, dikenlerini doğal koşullarda, düşük sıcaklıklarda üretiyor. Şaşırtıcı yapısıyla bilimin ilgi odağı olan denizkulağının zarif ve parlak kabuğu da böyle bir ortamda imal ediliyor.

Bu kabuk, çok farklı özellikteki malzemelerin uyum içindeki birlikteliğini gösteren güzel bir örnek: Proteinle tebeşir yapımında kullanılan ve son derece kırılgan olan kalsiyum karbonat kristallerinden oluşuyor. Büyük bölümünü oluşturan mineral kristallerinin kırılgan yapısına rağmen o kadar sağlam ki, üstünden kamyon geçse kırılmıyor. Denizkulağının yapıtaşı, tek bir kalsiyum karbonat kristalinden yaklaşık 3.000 kat daha dayanıklı!

Denizkulağı kabuğu elektron mikroskobuyla büyütüldüğünde, kalsiyum karbonat tuğlalarıyla örülmüş, proteinle sıvanmış bir duvar görüntüsü veriyor. Çatlakların ilerlemesini önleyen katmanlı yapısı, insan yapısı seramikten daha sağlam olmasında etkili. California Üniversitesi araştırmacılarının açığa çıkardığı bir özelliği de mineral kristalleri birbirine bağlayan proteinlerin, darbe sonucu oluşan şok dalgalarını sönümleme kapasitesi olması. Aslında, bu proteinlere bir tür biyolojik lastik denebilir. Lastik gibi gerilerek kırılmayı önlüyor, sonra da ilk durumlarına dönüyorlar.

Strombus gigas'ı inceleyen Case Westem Reserve Üniversitesi araştırmacıları ise, bu hayvanın biyo-seramik kabuğunun da benzer şekilde yapılandırılmış olduğunu gözlemlediler. Uzmanlar, bu kabukların uzay aracından bilgisayara kadar pek çok üründe kullanılacak hafif, dayanıklı ve yüksek performanslı seramiklerin yapımı için mükemmel bir model oluşturacağı kanısındalar.

Beğeniler: 1
Favoriler: 1
İzlenmeler: 469
favori
like
share
SU-PERISI Tarih: 26.10.2005 02:21
palaşımın için teşekkürler
corleoni Tarih: 25.10.2005 22:34
sagol kardes
dewrimci Tarih: 19.10.2005 22:08
ılgınc bı konu paylastıgın ıcın tesekkur ederım
keto_41 Tarih: 12.10.2005 02:10
tessekur ederim
Numberone Tarih: 29.09.2005 19:00
[COLOR=orangered]payLa$ım iÇin saoL
~Eysem~ Tarih: 13.06.2005 16:53
cok değişik ürünler :20: teşekkürler hmask
canturk87 Tarih: 12.06.2005 16:04
Paylaşım için teşekkürler dostum.
hmask Tarih: 29.05.2005 20:20
Süper yapıştırıcının sırrı

Kayaya yapışmış bir midyeye yakından bakarsak, midyeden dışarıya doğru uzanan, her birinin ucunda bir damla yapışkan bulunan birçok iplikçik görürüz. Acaba, dalgalara rağmen tutunduğu yerden kopmayan, gemilere, cama, hatta teflona bile yapışan midyenin "yapışma gücü" nereden kaynaklanıyor?

Geçen yıl, Purdue Üniversitesi'nden araştırmacılar, yapışkanın sırrını çözdüklerini açıkladılar. Kimyasal analizlerde, yapışkanda yüksek oranda demir bulundu. Midyenin deniz suyıından süzdüğü demir, proteinleri bağlamada kullanılıyor, ortaya çok güçlü bir malzeme çıkıyordu.

Bu keşif, "sıradan" görünebilir ama değil. ABD Ulusal Bilim Kurumu (NSF), araştırmaya önderlik yapan Jonathan Wilker'ı, çalışmasından dolayı ödüllendirdi. Araştırma, metal iyonların, polimer zincirleri çapraz bağlayarak malzemeleri güçlendirme potansiyeli olduğunu gösteriyor. Midyenin yapışkanında kullanılan tekniğin, "süper yapıştırıcı"ların yapımına esin vermesi bekleniyor.

Çelikten güçlü, naylondan esnek

Örümceğin ipeği, yıllardır bilim insanlarının aklını karıştırıp duruyor. Malzeme olarak o kadar cazip ki, birçokları, yıllardan beri yapısını ve nasıl üretildiğini anlamaya çalışıyor, taklit etmenin yollarını arıyor. İncecik bir ipliği bu kadar değerli yapan ne?

Münih Teknik Üniversitesi'nden Thomas Scheibel'e göre, 34.000'den fazla bilinen örümcek türü var. Hepsi de, değişik amaçlara hizmet eden, farklı mekanik özelliklerde, üstün tasarımlı ipeklere sahip. Bilimin en çok ilgisini çeken ise, örümcek ağının radyal ipliklerini oluşturan ipek.

Bu tür, kurşun geçirmez yeleklerin yapımında kullanılan Kevlar'dan sağlam; aynı kalınlıktaki çelik bir telden ise beş kat daha dirençli.

Dayanıklılığı ile dikkat çeken bu ipek, uzunluğunun en az yüzde 30'u kadar esneyebiliyor (avı sarmada kullanılan, yapışkan ipekse uzunluğunun yaklaşık üç katı kadar esniyor!).

Üç ay kadar önce yapılan bir açıklamaya göre, İsrail'de bulunan Hebrew Üniversitesi'nden ve Almanya'dan bilim insanlarının oluşturduğu bir ekip, bir ilke imza attı. Bilim insanları ipek liflerinin, örümceğin bedeninin dışında, böcek hücrelerinin içinde oluşmasını sağladılar. Bu lifler orijinal ipeğin aynısı olmasa da, kimyasal direnç özellikleri benzer. Araştırmacılar, gelecekte, çok miktarda lif üretimini sağlayacak koşulları oluşturabilmeyi umuyorlar.

Bir Türk'ün yönettiği "NASA kurumu"

Örnekleri saymakla bitmez. Birkaç örnek bile, bu yapıların çok ileri teknolojik gelişmelere kapı araladığını göstermeye yetiyor. Bu gerçeğin farkında olan çok sayıda bilim adamı var. NASA da, 2002'de kurduğu Biyo-esinli Malzemeler Kurumu (BIMat) ile doğadaki tasarımları ne denli önemsediğini gösterdi.

Bir Türk'ün, Princeton Üniversitesi'nden Prof. Dr. İlhan Aksay'ın yönetimindeki kurum, biyolojik malzemelerin yapısal özelliklerini taklit ederek, uzay araçlarında kullanılacak yeni nesil malzeme üretimini hedefliyor. Bu çalışmalar, NASA ile sınırlı kalmayacak. Araştırmacılar, buluşlarını iş dünyasıyla paylaşmak niyetinde. Biyo-esinli malzemelerden yapılmış çok sayıda ürünün satışa sunulacağı günler yakın gibi görünüyor.
Biyo-esinli ünlü markalar

George Mestral, köpeğinin tüylerine takılan tohum kabuklarını mikroskop altında incelediğinde, yüzlerce minik kancayla donandıklarını görmüştü. Bu sistemi tekstil alanına taşımak için Fransız tekstil uzmanlarına gitti. Sonunda, bir dokumacı, benzer bir sistemle, bastırıldığında birbirine yapışan pamuk bantlar üretti. Ardından 1952'de Velcro şirketi bu buluşun patentini aldı. Bugün Velcro, cırt cırtlı bant üretiminde dünya lideri!

Köpekbalığının derisindeki V biçimindeki sert çıkıntılar, sürtünmeyi azaltarak baliğın hızlı yüzmesini sağlıyor. Speedo, bundan esinlenerek özel mayolar geliştirdi. Görünüşe göre, bu mayolar işe yarıyor. Sydney Olimpiyatları'nda 33 altın madalyadan 27'sini, bu mayoları giyen yüzücüler kazandı!

Nilüfer çiçeği, çivi yatağını andıran pürüzlü yüzeyi sayesinde temiz kalıyor. Avrupa'da satılan Lotusan adındaki dış cephe kaplaması, bu yapıdan esinlenerek üretildi. Üstelik, 5 yıl boyunca kendini temiz tutacağı garantisiyle satılıyor!