Çarşamba, Nisan 17, 2024
Ana Sayfa arşiv Su altında aylarca kuru kalmak

Su altında aylarca kuru kalmak

Su altında aylarca kuru kalmak
Su altında aylarca kuru kalmak

Bir örümcek türü, yalnızca atmosferik oksijeni soluyabilen akciğerlere sahip olmasına rağmen tüm yaşamını su altında geçirir. Bunu nasıl yapıyor? olarak bilinen bu örümcek Argyroneta Aquatica vücudunun etrafındaki havayı hapseden, bir oksijen deposu oluşturan ve örümceğin ciğerleri ile su arasında bir bariyer görevi gören milyonlarca sert, su geçirmez kıllara sahiptir.

Bu ince hava katmanına plastron adı veriliyor ve malzeme bilimcileri on yıllardır bunun koruyucu etkilerinden yararlanmaya çalışıyor. Bunu yapmak, korozyonu, bakteri üremesini, deniz organizmalarının yapışmasını, kimyasal kirlenmeyi ve sıvının yüzeyler üzerindeki diğer zararlı etkilerini önleyebilecek su altı süperhidrofobik yüzeylere yol açabilir. Ancak plastronların su altında son derece kararsız olduğu ve yüzeyleri laboratuvarda yalnızca birkaç saat kuru tuttuğu kanıtlandı.

Şimdi, Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS), Harvard’daki Wyss Biyolojik İlham Veren Mühendislik Enstitüsü, Almanya’daki Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ve Almanya’daki Aalto Üniversitesi tarafından yönetilen bir araştırma ekibi. Finlandiya, su altında aylarca dayanabilen stabil bir plastrona sahip süperhidrofobik bir yüzey geliştirdi. Ekibin, kanı iten ve midye ve midye gibi bakteriyel ve deniz organizmalarının yapışmasını büyük ölçüde azaltan veya önleyen, uzun ömürlü su altı süperhidrofobik yüzeyler yaratmaya yönelik genel stratejisi, biyotıp ve endüstride bir dizi uygulamanın yolunu açıyor.

Argyroneta Aquatica
Argyroneta Aquatica

Amy Smith Berylson Profesörü Joanna Aizenberg şunları söyledi: “Biyolojik ilham alan malzemeler üzerine yapılan araştırmalar, doğada gelişen zarif çözümleri insan yapımı malzemeler alanına getirmeye devam eden ve daha önce hiç görülmemiş özelliklere sahip yeni malzemeler sunmamıza olanak tanıyan son derece heyecan verici bir alandır.” SEAS Malzeme Bilimi Profesörü ve Kimya ve Kimyasal Biyoloji Profesörü ve makalenin ortak yazarı. “Bu araştırma, bu ilkelerin ortaya çıkarılmasının, su altında süperhidrofobikliği koruyan yüzeylerin geliştirilmesine nasıl yol açabileceğini gösteriyor.”

Aizenberg aynı zamanda Wyss Enstitüsü’nün yardımcı öğretim üyesidir

Araştırmacılar 20 yıldır sabit bir su altı plastronunun teorik olarak mümkün olduğunu biliyorlardı ancak şimdiye kadar bunu deneysel olarak gösteremediler.

Plastronlarla ilgili en büyük sorunlardan biri, saç gibi pürüzlü yüzeylerin oluşmasına ihtiyaç duymalarıdır.

Ancak bu pürüzlülük, yüzeyi mekanik olarak kararsız hale getirir ve sıcaklık, basınç veya küçük kusurlardaki herhangi bir küçük bozulmaya karşı duyarlı hale getirir.

Yapay olarak yapılmış süperhidrofobik yüzeyleri değerlendirmeye yönelik mevcut teknikler yalnızca iki parametreyi dikkate alır ve bu da hava plastronunun su altındaki stabilitesi hakkında yeterli bilgi vermez. Aalto Üniversitesi’nden Aizenberg, Jaakko VI Timonen ve Robin HA Ras ile FAU’dan Alexander B. Tesler ve Wolfgang H. Goldmann ve ekipleri, yüzey pürüzlülüğü, yüzey moleküllerinin hidrofobikliği, plastron kapsamı hakkında bilgiler dahil olmak üzere daha geniş bir parametre grubu belirlediler, temas açıları ve daha fazlası termodinamik teori ile birleştirildiğinde hava plastronunun stabil olup olmayacağını anlamalarına olanak sağladı.

Ekip, bu yeni yöntem ve basit bir üretim tekniğiyle, yaygın olarak kullanılan ve ucuz bir titanyum alaşımından, yüzeyi önceki deneylerden binlerce saat daha uzun ve hatta daha uzun süre kuru tutan uzun ömürlü bir plastronla aerofilik yüzey olarak adlandırılan bir yüzey tasarladı.

“Yüzeyimizin stabil olduğunu kanıtlamak için 20 yıl önce teorisyenler tarafından önerilen bir karakterizasyon yöntemini kullandık; bu, yalnızca son derece itici, son derece dayanıklı süperhidrofobik yüzeyin yeni bir türünü yapmakla kalmayıp, aynı zamanda bir yola da sahip olabileceğimiz anlamına geliyor. SEAS ve Wyss Enstitüsü’nde eski doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı Tesler, “bunu farklı bir materyalle tekrar yapmanın yolu” dedi.

Plastronun stabilitesini kanıtlamak için araştırmacılar, yüzeyi zilin içinden geçirdiler; bükerek, bükerek, sıcak ve soğuk suyla patlatarak ve yüzeyin aerofilik kalmasını engellemek için kum ve çelikle aşındırarak. Suya batmış halde 208 gün ve kanla dolu bir petri kabında yüzlerce kez suya daldırılarak hayatta kaldı. Büyümeyi ciddi oranda azalttı E.coli ve midyelerin yüzeyindeki midyelerin yapışmasını tamamen durdurdu.

SEAS’ta yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ortak yazarı Stefan Kolle, “Bu sistemin kararlılığı, basitliği ve ölçeklenebilirliği, onu gerçek dünya uygulamaları için değerli kılıyor” dedi. “Burada gösterilen karakterizasyon yaklaşımıyla, uygulama alanınızı önemli ölçüde değiştiren stabiliteye ulaşmak için süperhidrofobik yüzeyinizi optimize etmenize olanak tanıyan basit bir araç seti gösteriyoruz.”

Makalenin kıdemli yazarı ve eski Harvard araştırmacısı Goldmann’a göre bu uygulama alanı, ameliyat sonrası enfeksiyonu azaltmak için veya stent gibi biyolojik olarak parçalanabilen implantlar olarak kullanılabilecek biyomedikal uygulamaları içeriyor.

Ayrıca boru hatları ve sensörlerdeki korozyonu önleyebileceği su altı uygulamalarını da içerir. Gelecekte, yüzeyleri kirlenmeden daha da fazla korumak için Aizenberg ve ekibi tarafından on yıldan fazla bir süre önce geliştirilen Kaygan Sıvı İçeren Gözenekli Yüzeyler olan SLIPS olarak bilinen süper kaygan kaplama ile birlikte bile kullanılabilir.


Bu makalenin ortak yazarı Lucia H. Prado, Ingo Thievessen, David Böhringer, Lena Fischer, Mark Bruns, Anca Mazare, Ulrich Lohbauer, Sannakaisa Virtanen, Ben Fabry, Patrik Schmuki ve Friedrich-Alexander’dan Wolfgang H. Goldmann’dır. Almanya’da Universität Erlangen-Nürnberg; ve Finlandiya’daki Aalto Üniversitesi’nden Matilda Backholm, Bhuvaneshwari Karunakaran, Heikki A. Nurmi, Mika Latikka, Zoran M. Cenev, Jaakko VI Timonen ve Robin HA Ras; ve Kuzey Dakota Eyalet Üniversitesi’nden Shane Stafslien.

BENZER KONULAR

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...
- Advertisment -

Son Eklenenler

X-Işını Astronomisinde Paradigma Değişimi

- Advertisement - 9 Ocak 2024’te fırlatılan Einstein Sondası, ESA ve MPE’nin katkılarıyla Çin Bilimler Akademisi liderliğindeki bir ortak girişimdir. Amacı, kozmik olaylardan kaynaklanan X-ışını...

Gücün Sınırlarına Meydan Okuyan Lazer Yapımı Metaller

- Advertisement - Lazer bazlı katmanlı üretim yoluyla üretilen yenilikçi yüksek entropili alaşımlar, endüstriyel uygulamalar için benzeri görülmemiş bir güç ve esneklik sunar. Gelişmiş tekniklerle...

Hücresel atık yönetimi ve yaşlanmada otofaji genlerinin yeni rolleri

Yaşla birlikte azalan otofaji, araştırmacıların daha önce şüphelendiğinden daha fazla gizemi barındırıyor olabilir. Buck Enstitüsü, Sanford Burnham Prebys ve Rutgers Üniversitesi'nden bilim adamlarının, yanlış...

Antibiyotik Direnci Araştırmalarında Oyunun Kurallarını Değiştirecek Bir Şey

Antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadeledeki potansiyeli nedeniyle incelenen bir bakteriyofaj olan φX174, alternatif antibiyotiklerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler sunuyor. yaşında COVID-19kelime "virüs” bulaşma, hastalık ve hatta...