Tuzlu suya batırıldığında tamamen parçalanan supramoleküler malzemeler, mikroplastik kirliliği krizinin çözümüne yardımcı olma potansiyeline sahiptir.

Mikroplastikler (çapı 5 mm’den küçük plastik parçaları) artık gezegenimizin her köşesine, derin okyanusların ve Arktik’in ücra köşelerinden soluduğumuz havaya kadar sızıyor.

Mikroplastikler kanımız ve beynimiz de dahil olmak üzere vücudumuzda giderek daha fazla bulunuyor. Çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkisi henüz tam olarak anlaşılmamış olsa da, bu kirleticilerin deniz ve kara ekosistemlerinde hayvanların büyümesini yavaşlatmak, doğurganlığı etkilemek ve organ işlev bozukluğuna yol açmak gibi bir dizi soruna neden olduğu bilinmektedir.

Deniz suyu çözeltisi

RIKEN bilim insanları, tuzlu suda biyolojik olarak parçalanan yeni bir malzemeyle okyanuslardaki mikroplastik sorununu çözmeyi amaçlıyor.

Japonya’nın Wako kentindeki RIKEN Acil Madde Bilimi Merkezi’nde Acil Yumuşak Madde Fonksiyonu Araştırma Grubu’nu yöneten malzeme bilimci Takuzo Aida, ağırlık ve dayanıklılık açısından geleneksel plastiklere benzer olan yeni malzemenin, plastik kirliliğini azaltmanın yanı sıra plastik yakmayla ilişkili sera gazı emisyonlarını da azaltmada yeni bir yol çizebileceğini söylüyor.

Bu yeni plastik, supramoleküler polimerler adı verilen malzemeler konusunda uzman olarak sürdürdüğü otuz yıllık öncü çalışmalarının bir sonucudur. Plastikler, kırılması için yoğun enerji gerektiren güçlü kovalent bağlarla uzun zincirlere bağlanmış küçük moleküllerden oluşan bir polimer türüdür.

Aida, bunun aksine, supramoleküler polimerlerin daha zayıf, geri dönüşümlü bağlara sahip olduğunu, “yapışkan notlar gibi, yapıştırıp çıkarabileceğiniz” şeklinde açıklıyor.

Bu, supramoleküler polimerlere, kırılıp tekrar bir araya getirildiğinde ‘kendi kendini iyileştirme’ yeteneği gibi benzersiz özellikler kazandırır. Ayrıca, malzemelerin bağlarını moleküler düzeyde parçalamak için belirli çözücüler kullanılarak geri dönüştürülmeleri de kolaydır, bu da supramoleküler polimerlerin kolayca yeniden kullanılabileceği ve yeniden kullanılabileceği anlamına gelir.

Bağların kilidini açmak

Plastik ürünler her yerde bir sebepten dolayı var, diyor Aida. “Plastikler, özellikle şişelerde kullanılan polietilen tereftalat inanılmaz derecede çok yönlüdür. Esnektirler ancak güçlüdürler, dayanıklıdırlar ve geri dönüştürülebilirler. Bu rahatlığı yenmek zordur.”

Biyolojik olarak parçalanabilir plastikler bir alternatif olarak öne sürülüyor, ancak Aida bunların parçalanma hızı ve koşullarının büyük bir zorluk olduğunu söylüyor. Örneğin, toprakta biyolojik olarak parçalanan bir plastik olan polilaktik asidin (PLA) önemli miktarda okyanusta bozulmamış halde bulunduğunu söylüyor çünkü standart çevre koşullarında parçalanması çok uzun sürüyor. Sonuç olarak, sonunda okyanusta bozulmamış halde kalıyor. PLA gibi plastikler suda çözünmediğinden, zamanla bakteriler, mantarlar ve enzimler tarafından parçalanamayan mikroplastiklere yavaşça parçalanıyorlar.

Gezegenin geleceği için aciliyet duygusuyla hareket eden Aida, bu zorlukların üstesinden gelmek için supramoleküler malzemeler için yollar aramaya başladı. “Ancak supramoleküler polimer bağlarının geri dönüşümlü doğası aynı zamanda onların zayıflığıdır, çünkü malzemeler çok kolay parçalanır,” diyor. “Bu, uygulamalarını sınırlamıştı.”

Ekibi, iyi mekanik mukavemete sahip ancak doğru koşullar altında hızla toksik olmayan bileşiklere ve elementlere parçalanabilen bir supramoleküler malzeme yaratacak bir bileşik kombinasyonu keşfetmeye koyuldu. Aida’nın aklında, malzemenin moleküler bağlarını kilitleyecek ve yalnızca belirli bir ‘anahtar’la -tuzla- tersine çevrilebilecek belirli bir reaksiyon vardı.

Çeşitli molekülleri taradıktan sonra ekip, sodyum hekzametafosfat (yaygın bir gıda katkı maddesi) ve guanidinyum iyon bazlı monomerlerin (gübreler ve toprak düzenleyiciler için kullanılır) bir kombinasyonunun, bileşikleri güçlü çapraz bağlı bağlarla birbirine bağlayan ‘tuz köprüleri’ oluşturduğunu buldu. Bu tür bağlar, malzemeye güç ve esneklik sağlayan ‘kilit’ görevi görüyor, diye açıklıyor Aida.

“Molekülleri taramak samanlıkta iğne aramaya benzeyebilir,” diyor. “Ancak, kombinasyonu erken bulduk ve bu da bizi ‘Bu gerçekten işe yarayabilir’ diye düşündürdü.”

Aida’nın ekibi, çalışmalarında bileşikleri suda karıştırarak bu süpermoleküler malzemeden küçük bir tabaka üretti. Çözelti, alt kısmı viskoz ve üst kısmı sulu olmak üzere iki katmana ayrıldı; bu, ekibi şaşırtan kendiliğinden bir reaksiyondu. Viskoz alt katman, tuz köprüleriyle bağlı bileşikleri içeriyordu. Bu katman çıkarıldı ve plastik benzeri bir tabaka oluşturmak için kurutuldu.

Levha sadece geleneksel plastikler kadar güçlü değildi, aynı zamanda yanıcı değildi, renksizdi ve şeffaftı, bu da ona büyük bir çok yönlülük kazandırıyordu. Önemlisi, levhalar tuzlu suya batırıldığında ham maddelere geri dönüşüyordu, çünkü tuzlu sudaki elektrolitler tuz köprüsü ‘kilitlerini’ açıyordu. Ekibin deneyleri, levhalarının tuzlu suda 8 buçuk saat sonra parçalandığını gösterdi.

Levha, hidrofobik bir kaplama ile su geçirmez hale de getirilebilir. Su geçirmez hale getirildiğinde bile, Aida’nın söylediğine göre, yüzeyin tuzun nüfuz etmesine izin vermek için çizilmesi durumunda, ekip malzemenin kaplanmamış levhalar kadar hızlı çözünebildiğini buldu.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.