‘Nanomakarna’, insan saçından 200 kat daha ince.
Çatalınızı dünyanın en ince spagettisine batırıp döndürürken iyi şanslar. Bir insan saçından yaklaşık 200 kat daha ince olan bu nanolifi, College London Üniversitesinde (UCL) çalışan bir araştırma takımı oluşturmuş. Yakın zamanda bir İtalyan restoranının menüsünde görmeyecek olsanız da; bilim insanlarının bir laboratuvarda hazırladığı bu nanolifler tıp ve endüstriyel tasarımda geniş uygulama alanlarına sahip. Bu ufak lif, dün Nanoscale Advances bülteninde yayımlanan bir çalışmada detaylarıyla anlatılıyor.
Bilinen bir sonraki en ince makarna, su filindeu (Tanrı’nın sicimleri) ismini taşıyor ve Sardinya’nın Nuoro kasabasındaki bir makarna imalatçısı tarafından elle yapılıyor. Su Filindeu’nun yaklaşık 400 mikron genişliğinde olduğu tahmin ediliyor. Bu da onu, bu elektro-eğirilmiş yeni laboratuvar yapısından 1.000 kat kadar daha kalın hale getiriyor. Laboratuvarda yapılan yeni spagetti, 372 nanometreyle ışığın bazı dalga boylarından bile daha dar.
Makalenin eş yazarı olan ve UCL’de ecza malzemeleri bilimcisi olarak çalışan Gareth Williams, “Maalesef makarna şeklinde kullanışlı olduğunu düşünmüyorum çünkü siz onu tencereden çıkarana kadar bir saniyeden kısa bir sürede aşırı pişmiş olur” diyor bir açıklamada.
Nanolifler nedir?
Nanolifler, 100 nanometreden (nm) daha kısa olan lifli herhangi bir malzemedir. Bir nanometre, bir metrenin milyarda birine eşittir. Ölçek için bir insan saçı yaklaşık 80.000 ila 100.000 nanometre genişliğindedir.
Fazladan glukozu depolayan nişastalı bitki malzemelerinden yapılan nanolifler özellikle umut vadedici. Yaraların iyileşmesine yardımcı olan bandajlarda kullanılabilirler çünkü nanolif matları çok gözenekli. Bu sayede yaraya su ve nemin girmesine olanak sağlanırken bakteriler dışarıda tutulur. Kemiklerin yeniden oluşumunda bir tip iskele şeklinde kullanılabilirler. Ayrıca vücuda ilaç aktarılmasında da kullanılabilirler.
“Ek olarak nanolifler, dokuların yeniden oluşturulmasında iskele şeklinde kullanılmak üzere de araştırılıyor çünkü hücre dışı matrisi taklit ediyorlar; bu matris, hücrelerin kendilerini desteklemek için inşa ettiği ve proteinler ile diğer moleküllerden oluşan bir ağ” diyor Williams.
Ancak nişastaya dayalı bu tip nanolifler bitki hücrelerinden çıkarılıp saflaştırılıyor. Nişastanın çıkarılması, büyük bir miktarda enerji ve su gerektiriyor. Dolayısıyla kimyagerler, bu nanolifleri örmenin daha verimli bir yolunu arıyor.
Makalenin eş yazarı ve UCL’de çalışan kimyager Adam Clancy, “Nişasta bol miktarda bulunabildiğinden umut vadeden ve ayrıca yenilenebilir bir malzeme; selülozun ardından Dünya üzerindeki en büyük ikinci biyokütle kaynağı ve biyolojik olarak da bozunabilir; yani vücutta ayrışabiliyor” diyor bir açıklamada. “Fakat nişastanın saflaştırılması fazla miktarda işlem gerektiriyor.”
Daha çevre dostu yöntemlerden biri de nanoliflerin doğrudan un gibi nişasta yönünden zengin bir içerikten meydana getirilmesi olur. Sonuçta un, makarnanın temeli.
Tuz, yağ, formik asit, ısı
Yeni çalışmada araştırma takımı, sadece 372 nanometre genişliğinde olan spagettinin yapımını tarif ediyor. Bunu yapmak için elektrodöndürme adı verilen bir yöntem kullanmışlar. Un iplikleri ve sıvı, bir elektrik yüküyle bir iğnenin ucundan çekiliyor. Bu yüksek ölçüde detaylı çalışmayı, UCL’de öğrenci olan Beatrice Britton kimya alanında yaptığı yüksek lisansın parçası şeklinde gerçekleştirmiş.
“Spagetti yapmak için su ve un karışımını metal deliklerden itiyorsunuz” diyor Clancy. “Kendi çalışmamızda da aynı şeyi yaptık ama un karışımımızı elektriksel bir yük aracılığıyla çektik. Hakikaten spagetti ama çok daha küçük.”
Karışımı içeren iğne ve karışımın biriktiği metal plaka, bir bataryanın iki ucunu meydana getiriyor. Elektriksel bir yük ilave edilmesi, karışımın devreyi tamamlamasını sağlıyor. Karışım iğneden çıkarak metal plakaya akıyor.
Ayrıca beyaz un gibi nişasta yönünden zengin bir içerik kullanılarak yapılan elektrodöndürme, saf nişasta kullanmaktan daha zorlu bir işlem. Undaki yabancı maddelerin (protein ve selüloz) daha fazla olması, karışımın akışkanlığını azaltıp lif oluşturamaz hale getiriyor.
Araştırma takımı bu durumu telafi etmek için su formik asit kullanmış. Formik asit, nişastayı meydana getiren dev spiral yığınlarını parçalıyor. Birbirine yapışmış spiral katmanları nanoliflerin yapı taşları olmak için fazla büyük olduklarından, asit onları parça parça ediyor. Pişirmeden gelen ısı, nişasta üzerinde formik asitle aynı etkiye sahip. Spiral katmanlarını parçalıyor ve makarmayı sindirilebilir hale getiriyor.
İğneden çıkarak havadan metal plakaya doğru uçan formik asit buharlaşıyor. Araştırma takımının ayrıca karışımı birkaç saat boyunca dikkatlice ısıtıp daha sonra yeniden yavaşça soğutması ve doğru tutarlılığa ulaşması gerekmiş.
Bu yeni “nanomakarna” ayrıca yaklaşık 2 santimetre genişliğinde bir nanolif matı oluşturmuş. Matın kendisi görülebilirken, lifler tek başına herhangi bir görünür ışık kamerası veya mikroskobuyla belirgin biçimde yakalanamayacak kadar ince. Araştırma takımı genişliklerini ölçmek için taramalı bir elektron mikroskobu kullanmış.
“Un kullanarak nanolif oluşturmanın daha basit bir yolu olduğunu gösterdik” diyor Clancy. “Sıradaki adım, bu ürünün özelliklerini araştırmak olacak. Örneğin ne kadar hızlı dağıldığını, hücrelerle nasıl etkileşime girdiğini ve ölçekli şekilde üretilip üretilmeyeceğini bilmek istiyoruz.”
Yazar: Laura Baisas/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
