İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa Mühendislik Fakültesinden Prof. Dr. Sedat Ballıkaya ve ekibinin geliştirdiği yeni nesil hidrojeller, birbirinden farklı özellikler barındırıyor. 2N News’e konuşan Ballıkaya, konuyla ilgili “Hidrojel aslında içerisinde çok fazla miktarda su çeken bir sünger gibi düşünebiliriz ama sünger gibi katmanları olmayan görünmez ağlardan oluşan bir yapı. 3 boyutlu bir yapı. Tabi suyun bir özelliği var suyu çok fazla çekiyor, iletkenlik özelliğini ise bir suyun içerisine tuzu karıştırıp iletkenlik kazandırmak gibi düşünebilirsiniz.” ifadelerini kullandı.
İlk bakışta sıradan bir jel gibi görünen hidrojeller, suyu emebilen özel polimer ağlarından oluşuyor. Bu malzemeler, kendi ağırlıklarının onlarca hatta yüzlerce katı suyu bünyesine alabiliyor ve ihtiyaç duyulduğunda depoladığı suyu kontrollü biçimde yeniden salabiliyor. Araştırma ekibi, klasik hidrojellerin yalnızca su depolama özelliğinin ötesine geçerek farklı görevleri yerine getirebilen üç ayrı hidrojel grubu geliştirdi.
Geliştirilen ilk hidrojel, elektrik iletebilen ve biyolojik dokularla uyumlu çalışabilen yumuşak bir yapıya sahip. Hidrojelin içerisindeki iyonik çözelti ve nano ölçekli bileşenler, elektrik sinyallerinin malzeme boyunca iletilmesini sağlıyor. Bu özelliğin, yara iyileşmesi sırasında kullanılan elektriksel uyarım yöntemlerini destekleyebileceği belirtiliyor.
Malzemenin gelecekte felçli hastalarda kasların elektriksel olarak uyarılması, implant destekli sistemlerin geliştirilmesi ve belirli dokulara kontrollü elektrik sinyallerinin ulaştırılması gibi çalışmalarda kullanılabileceği değerlendiriliyor.
Hidrojelin yumuşak ve esnek olması, sert metal iletkenlere kıyasla vücuttaki dokularla daha uyumlu çalışabilmesini sağlıyor. Ancak bu kullanım alanları henüz araştırma ve geliştirme aşamasında bulunuyor.
Havadaki nemi depolayabiliyor
İkinci hidrojel grubu, atmosferde bulunan nemi içine çekerek su depolama özelliğiyle öne çıkıyor.Toprağa uygulandığında suyun daha uzun süre korunmasını sağlayabilen malzeme, sulama ihtiyacını azaltarak daha az suyla üretim yapılmasına katkı sunabiliyor.
Hidrojelin içerisine eklenen nano bileşenler, depolanan suyun donma davranışının kontrol edilmesini de sağlıyor. Böylece bitkilerin düşük sıcaklıkların neden olduğu don olaylarından daha az etkilenmesi ve tarımsal verim kayıplarının azaltılması amaçlanıyor.
Geliştirilen malzemenin hem kuraklık hem de düşük sıcaklıkların oluşturduğu olumsuzluklara karşı sürdürülebilir bir çözüm sunması hedefleniyor.
Elektrik kullanmadan serinletebiliyor
Üçüncü hidrojel türü ise pasif soğutma sağlamak amacıyla geliştirildi.Bu malzemenin içerisinde hem havadaki nemi çekebilen nano bileşenler hem de güneş ışınlarının büyük bölümünü yansıtabilen özel nano kristaller bulunuyor.
Hidrojelin depoladığı su kontrollü olarak buharlaşırken çevresinden ısı çekiyor ve serinletme etkisi oluşturuyor. Aynı zamanda güneşten gelen ısı yükü azaltılarak malzemenin ve bulunduğu ortamın daha fazla ısınmasının önüne geçiliyor.İki farklı soğutma yönteminin bir arada çalışması sayesinde klima veya benzeri bir sisteme ihtiyaç duyulmadan, elektrik tüketmeyen pasif bir soğutma elde edilebiliyor.
Hidrojelin elektronik sistemlerin ve taşınabilir cihazların soğutulmasında, bina yüzeylerinde ve giyilebilir teknolojilerde kullanılma potansiyeli bulunuyor.
Hidrojellerin üretiminde öncelikle kontrollü bir polimer çözeltisi hazırlanıyor. Ardından malzemeye istenen özelliği kazandıracak nano bileşenler ekleniyor ve karışımın her noktasına eşit şekilde dağılması sağlanıyor. Karışımın içerisinde oluşan hava kabarcıkları ultrasonik işlemlerle uzaklaştırılıyor. Daha sonra polimer zincirlerinin birbirine bağlanmasını sağlayan çapraz bağlama işlemi gerçekleştirilerek malzeme jel kıvamına getiriliyor.
Çalışmalar sırasında hidrojellerin mekanik dayanıklılığı, su tutma kapasitesi ve elektriksel iletkenliği farklı deneylerle inceleniyor. Elde edilen sonuçlara göre her kullanım amacı için farklı hidrojel formülleri geliştiriliyor. Laboratuvar ortamında başarılı sonuçlar veren hidrojellerin, ilerleyen dönemde seri üretime geçirilmesi hedefleniyor.
Kaynak: 2N News