Son 20 yıllık dönemde, bilim insanlarının ilgisini çeken nano ve mikro yapıların sentezlenmesi ve kullanım alanı geliştirilmesi konusu yoğun olarak çalışılmakta. Bu ön eklerden nano, milimetrenin milyonda birini, mikro ise milimetrenin binde birini tarif ediyor.
Doğal biyolojik sistemlerin anlaşılmaya başlanması ile bu yapıların oluşum stratejilerini kullanan yeni malzemeler geliştirilmesi son yılların güncel araştırma konularından. Örneğin derin deniz süngerleri, simbiyotik olarak yaşadığı (iki ya da daha fazla organizmanın karşılıklı fayda sağladığı ortak yaşam biçimi) canlılara ışığı yönlendirmek için fiber optik kablolar yetiştirir ya da ophiuroid’ler (deniz yıldızına çok benzeyen ve akrabası olan bir deniz canlısı) geceleri görebilmek için iskeletlerini merceklerle kaplarlar. Böylece, bu organizmalar çeşitli optik yapıları sert kabukları içinde büyüterek, kendi savunmalarından ödün vermeden ışığı yönlendirecek duyu sistemleri evrimleştirmeyi başarmışlardır.
2013 yılında, doğanın bu üstünlüklerinden esinlenerek yeni ürünlerin geliştirilmesi araştırmaları çerçevesinde Harvard Üniversitesi Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Okulu Wyss Enstitüsü araştırmacıları tarafından tıpkı bir kar tanesi gibi kendi kendine büyüyebilen kristal mikro yapılar geliştirilmişti.
Şimdi ise uygulamalı matematik, fizik ve biyoloji alanlarında araştırmalar yürüten Mahadevan ve doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Nadir Kaplan tarafından mikro yapıların nasıl büyüdüğünü ortaya koyan geometrik bir teori geliştirildi.
Araştırma, sıvının bir deney şişesinde kimyasal yönlendirme ile basit bir şekilde uyarılmasıyla bir yüzeyde çiçeğe benzeyen yapıların üretilmesini içeriyor. Bu yapılar, cam ve karbonatın (tebeşirin temel bileşeni olan molekül) bir alaşım halinde katılaşması ile oluşmakta. Bu oluşumların fiziksel ve kimyasal mekanizmalarının sayısal olarak ortaya koyulması, üretilmek istenen yapının şeklini kontrol etmeyi hedeflemekte.
Ortaya çıkan yapıların şekilleri, deneylerde kullanılan çözeltinin pH değişimi ile kontrol edilebiliyor.
Kaplan yüksek pH değerlerinde düz yüzeyler oluşturarak büyüyen mikro vazolar ortaya çıktığını, düşük pH değerlerinde ise sarmal yapıların oluştuğunu ifade ediyor.
Her biri yaklaşık 50 mikrometre olan yapıların taramalı elektron mikroskopu ile alınan görüntüleri. Deneysel fotoğraflar Wim L. Noorduin tarafından çekilmiştir.
Kaplan, çalışmayı “parçaları lego gibi birleştirerek ya da taşı yontarak bir hedef şekil ortaya çıkarmak yerine doğada işleyen fiziksel ve kimyasal oluşum süreçlerini kontrol ederek malzemeleri büyütmeyi amaçlıyoruz” şeklinde özetledi. Bu çalışmanın daha önce üretilemeyen ya da üretimi çok zor olan optik veya manyetik malzemelerin sentezlenmesini hızlandırmak ve çeşitlendirmek konusunda önemli katkılar sağlayacağı öngörülüyor.
Kaynaklar:
https://www.seas.harvard.edu/news/2017/03/sculpting-optical-microstructu...