Radyoaktif İyonları Temizlemede Nanofiberler

Radyoaktif maddeler, biyolojik moleküllerle etkileşime girdikleri zaman atomlardan elektronları dışarıya fırlatarak iyon oluşturdukları için çok zararlıdırlar. Bu iyonlar proteinlere, hücre zarlarına ve nükleik asitlere zarar veren serbest radikalleri de oluşturabilir. Serbest radikaller eşlenmemiş elektronlara sahip oldukları için, tepkimeye girmeye çok müsait. Çoğu durumda hücrelerin zarlarına, proteinlerine veya genetik malzemelerine oksidasyon reaksiyonu ile zarar verirler. Birçok kanser çeşidinin serbest radikallerle DNA arasındaki reaksiyonlar sonucu oluştuğu tahmin ediliyor.

Nanoteknoloji sayesinde birçok mühendislik uygulamasında yüksek verimlilikle oksidasyon zararının azaltıldığı görülmüştü. Seryum elementinin hücredeki radikalleri temizlediği ve iltihapları engellediği biliniyor. Yemeğe eklenen seryum nanoparçacıklarının meyve sineklerinin ömrünü artırıyor. Fulleren ve nanotüplerde de benzer engelleyici özellikler var fakat araştırmalar daha emekleme aşamasında olduğu için uygulamalar daha çıkmamış.

Yeni bir araştırma nanoteknolojik uygulamaların radyoaktif kirlilikleri kaynağında temizlediğini ortaya koydu. Bahsedilen radyoaktif kirlilikler nükleeer reaktörlerde işlenen veya sızan uranyum. Bu atıklar yeraltı sularına ve yüksek nüfuslu şehirlerde içme suyuna karışabileceği için tehlike arz ediyor. Radyoaktif iyonları çevreden toplayabilmek için, önemli olan radyoaktif iyonları tamamen, seçici olarak, verimli bir şekilde ve çok miktarda emen malzemeler üretmek.
Sentetik malzemelerin (yntetik mikah, g-zirkonyum fosfat, niobat moleküler kalburlar, ve titanat) doğal malzemelere göre (kil ve zeolit) radyoaktif iyonları toplama ve seçme konusunda daha verimli. Queensland Teknoloji Üniversitesi araştırmacılarından Dr. Huai Yong Zhu ve Yeni Enerji Malzeme Kimyası Enstitüsünden Dr. Xue Ping Gao dikkatlerini katmanlı yapıya sahip akıllı inorganik iyon emici nanoparçacıklara verdi.

Araştırmacılar Advanced Materials dergisinde titanat fiberlerini radyoaktif iyon emme işleminde kullanma üzerine bir makale yayınladılar.

"Projemizdeki önemli olan mesele, nanofiberlerin zehirli radyoaktif katyonları emdikten sonra yapılarının bozulması. Bu bozulma sonucunda emilen iyonlar içeride hapsoluyor ve bir daha çevreye bulaşmaları söz konusu olmuyor. Ayrıca titanat fiberleri ortamdaki birçok iyondan sadece istenilen iyonları emme özelliğine sahip." diye açıklıyor Zhu. Titanat fiberlerin katmanlı bir yapıya sahip olduğu ve radyasyon, kimyasallar, termal ve mekanik strese dayanıklı olduğu biliniyordu. Zhu ayrıca titanat fiberlerinin toksik radyoaktif emme kapasitesinin diğer malzemelere göre daha fazla olduğunu ve bu işi daha hızlı yaptığını söylüyor.

Aşağıda titanat fiberlerinin birkaç avantajı daha sıralanmış:
- Düşük boyutta ve yüksek miktarda saf titanat nanofiberlerinin üretiminde bol bulunan hammaddeler kullanılabilir, mesela titanyum dioksit minerali. Üretim süreci de ekonomik.
- Nanofiberlerin üretimi yüksek sıcaklıkta üretilen titanat tellerinden daha ucuz.
- Titanat nanofiberler kolayca çözeltilerine konulabilir çünkü kil ve zeolitte olduğu gibi topaklanma yok.
- Emici maddeler herhangi bir sıvıdan kolayca ayrıştırılabilir.
- Emme işlemi çok hızlı yapılıyor. İlk 24 saat içinde toplam kapasitenin %80'i emilmiş oluyor.

Zhu ve takımının şimdiki amacı orta-kararlı yapıya sahip inorganik emiciler geliştirmek. Böyle bir yapı, sudaki zehirli iyonları temizlemede kullanılabilir. Takım ayrıca emicilerin iyon seçebilme ve kapasitesini artırmaya çalışıyor.

Kaynak: 1 , 2 [Makale adresi]

Zehirsiz Bir Pas Önleyici

Krom, zehirli olan ve insan vücunda soluma yoluyla kansere yol açan bir metal. Bu metal sanayide paslanmaz çelik, kaynak, boyama ve pigment uygulamaları, akımla kaplama ve yüzey kaplama işlemlerinde kullanılıyor.

Metal yüzeylerin paslanması modern toplumlarda büyük ekonomik zararlara neden oluyor. Tahminlere göre paslanmadan dolayı AB yılda 200 milyar $, ABD ise 270 milyar $ zarar ediyor. Bu miktarın içinde hem direk, hem dolaylı masraflar var. Direk masraf paslanmayı geciktirmek için yapılan tasarım, üretim harcamalarını, dolaylı masraf ise paslanma kontrolü ve tamirinde yapılan harcamaları kapsıyor.

Zehirli olmasına rağmen, krom(IV) hâlâ paslanma kontrolü için metal endüstrisinin bitirme işlemlerinde yaygın olarak kullanılıyor. Paslanma zararının maliyeti, çevresel ve sağlık sorunlar, kanun kısıtlamaları bilim adamlarını yeni koruyucu kaplama sistemleri geliştirmeye zorluyor.

Dış bir etkiye (pH, nem değişimi, kaplamadaki yırtılma vb.) tepki gösteren "akıllı" malzemelerin üretimi nanoteknolojinin gelişimi ile arttı. Alman araştırmacılar nanoboyuttaki çok katmanlı kaplamaları pas önlemede kullanmak için bir yöntem geliştirmişler.

"Kaplamamız paslanmaya karşı yüksek direnç gösteriyor, ayrıca uzun zamanlı kullanılabiliyor. Çevreye de duyarlı ve ekonomik bir hazırlanması var. Biz metodu sadece havacılık alanında kullanılmasını anlatsak da, metod birçok yüzeyde kullanılabilir" diyor Dr. Daria Andreeva

Max-Planck bilimadamları katman katman depozisyonun kendini tamir eden pas önleme kaplamaları için çok verimli olacağını düşünmüşler. Katman Katman depozisyon esnasında zıt yüklü katmanlar - polielekrolitler ve inhibitörler ya da nanoparçacıklar - nanoboyutta birbirlerine elektrostatik yöntemlerle birleştiriliyor.

Bu pas önleme yöntemindeki dikkat çekici husus alüminyum alaşım yüzeyinin su içerisinde sonar dalgalara tabi tutulması. Tipik bir alüminyum yüzeyindeki 3-7 nm kalınlıktaki doğal oksit kaplaması paslanmaya karşı tam bir koruma sağlayamıyor.

"Ultrasonik müdahale düzenli bir tek katmanlı film oluşumu için olmazsa olmaz" diyor Andreeva.
"Bu tip yüzeylerin ıslanabilirliği, yapışkanlığı, ve katmanlar arsındaki kimyasal bağlar daha kuvvetli."

Sonar müdahaleden sonra, 5-10 nm kalınlığında polielektrot ve inhibitör katmanları oluşuyor.


0.1M NaCl çözeltisi içerisinde 21 günlük pas testinin ardından:
Yukarıdaki resim: kaplama olmayan alüminyum yüzeyinin taramalı tünelleme mikroskobu resmi

Aşağıda ise kaplamalı alüminyum resmi.




















Bilim adamları nanometre kalınlığındaki bu katmanın bile pas önleyici özelliği gördükten sonra çok şaşırmışlar. Bu katman sayesinde aşağıdaki 3 pas koruma mekanizmasını devreye giriyor:

1) İnhibitör salınımını azaltarak metalin bozunumunun azaltılması.
2) Polielektrolit katmanlarla pH'ın değiştirilmesi.
3) Polielektrolit bileşenler sayesinde filmin tamiri.

Andreeva ayrıca filmin üretim yöntemi sadece pas önlemede değil, kendini tamir edecek diğer katmanlarda da kullanılabileceğini belirtmiş.

Max-Planck takımının şimdi üzerine çalıştığı konu, metodun otomasyonunu sağlayarak, endüstride uygulamak.

Kaynak: 1 , 2

Tümör Teşhisinde Yeni Yöntem: Nanosolucanlar

UC San Diego, UC Santa Barbara ve MIT'deki araştırmacıların geliştirdikleri nanosolucanlar, fare bağışıklık sistemine takılmadan kanın içinde gezebiliyor ve tümörleri bulabiliyor. Geleneksel yollarla bu tümörlerin bulunması çok zor. Solucanlar hastalıklı bölgeye yüksek yoğunlukta ilaç taşıyabiliyorlar ve bu sayede vücudun sağlıklı kısmı zarar görmüyor.









“Kandaki bir çok nanoparçacık vücudun bağışıklık sistemi tarafından fark edilip, kandan dışarı atılır. Bizim ürettiğimiz solucanların bu elemeyi aşabilmesinin sebebi ise şekilleri ve üzerlerindeki polimer kaplamalar. Solucanlar, farenin kanında saatlerce dolaşabiliyor." dedi Michael Sailor, UC San Diego kimy ve biyokimya profesörü, araştırma grubu başkanı.


Solucanlar, küresel demir oksit nanoparçacıkların yanyana dizilmesinden oluşuyor. Yukarıdaki resimde kahverengi noktalar demir oksiti, kırmızı noktalar ise tümörleri temsil ediyor. Her bir demir nanoparçacık, toprak solucanlarının segmenti gibi düşünülebilir. Solucanın boyu 30 nanometre, toprak solucanından yaklaşık 3 milyon kat küçük. Demir oksit parçacıklarının, görüntüleme aletlerinde, özellikle MR'de, rahatça seçilebilmesinden dolayı, tümörlerin yeri tesbit ediliyor.

Solucanlar dekstran (bir çeşit biopolimer) ve tümör bulmaya yardımcı bir molekülle kaplı. Bu özel molekül, F3 peptidi, UC Santa Barbara Tıbbi Araştırmalar Burnham Enstitüsü hücre biyologu profesörü Erkki Ruoslahti'nin laboratuvarında geliştirilmiş. Bu peptid sayesinde solucanlar tümörleri bulup, üzerine toplanıyor.

Araştırmacıların bir sonraki hedefi, solucanların üzerine yerleştirilecek bir "posta adresi" ile istedikleri organ, doku ve tümöre solucan yollayabilmek.

Buluşu anlatan makale bu haftaki Advanced Materials dergisinde çıktı.

Kaynak: 1 , 2

Elektrik Üreten Yapay Kas

California'daki araştırmacılar kendini iyileştiren ve elektrik üreten yapay bir kas ürettiler.

Araştırmanın mantığı Japonya'da okyanus dalgalarından elektrik üretmek için kullanılıyor. Geliştirilirse yürüyen robotlar, daha iyi protezler ve hatta cebinizdeki MP3 çaları şarj etme mümkün olabilir.

"Kas, elektrik uyguladığınıda %200'den fazla şişiyor"dedi Qibing Pei, Los Angeles, California Üniversitesinde bilim adamı, bir de hareket şekli insan kaslarına çok benziyor.

Yapay kaslar uzun zamandan beri var, ama şu ana kadar yapılanlar kendilerini bir zamandan sonra sakatlıyordu.

Araştırmacılar, elektrot olarak, tekrar tekrar kullanıldıktan sonra bozulan, genelde metal içeren filmler yerine; çok esnek karbon nanotüpleri kullandılar. Eğer alandaki karbon nanotüp bozulursa, yalıtkan hale gelerek, bozukluğun yanındaki alanlara yayılmasını engelliyor. (elektrik uygulanınca şişiyor çünkü kas)

Yapay kasa, bir çok darbe uygulandığı halde, çalışmaya devam etti.

Ayrıca üretilen kas, verdiğiniz enerjinin %30'nu kullanıyor.

Peki kas nasıl elektrik üretiyor? Şiştikten sonra kas gevşeyince, karbon nanotüpler yer değiştirdiği için küçük bir elektrik akımı oluşuyor ve bu elektrik de bir bataryada depolanıyor.

Çalışma Advanced Materials dergisinin Ocak 2008 sayısında çıktı.

Kaynak: 1