Katalog

Cam süngeri: Olağanüstü nano yapılar! işlemesini engeller. Hâttâ deformasyondan sonra iyileşmeyi sağlamak için ciddi bir çaba sarf eder. CAM Cam, kırılganlığına karşın biyoloji dünyasında yapı malzemesi olarak sıklıkla kullanılır. Organizmalar bu kırılgan malzemeyi güçlendirecek bazı çözümler geliştirmiştir. Silisli süngerlerin spikülleri (iğneleri), aynı boyuttaki sentetik cam çubuklara oranla sıra dışı bir esneklik ve sağlamlık sergiler. Diatom (Ancak mikroskopla görülebilen tek hücreli bir deniz algi) hücrelerinin mekanik koruması, silisten yapılmış konik yapılardır. NANO KATMANLARA SÜNGER ÖRNEĞİ Batı Pasifik'in derinliklerinde yaşayan Euplectella isimli cam süngerin spikül'lerinin optik özellikleri malzeme bilimcilerinin ilgi odağı. Bu spikül'lerin optik özellikleri insan eliyle üretilmiş optik fiberlere benzemekle birlikte daha dirençli. Tek bir spikül bu silisli süngerin mineral iskeletinin tek bir katmanıdır. Euplectella iskeletinin yapısal hiyerarşisi nano ölçekten makro ölçeğe geçişte çok sayıda katmandan oluşur. Bu makroskopik, mekanik, silindirik cam kafes en az yedi hiyerarşik katman içerir. Bütün bu katmanların en önemli işlevi mekanik performansı artırmaktır. Bu katmanların içinde konsantrik (ortak merkezli) tabakalar şeklinde dizilmiş silis nanoküreler bulunur. Konsantrik katmanlar birbirlerinden organik katmanlarla ayrılır. Bunun sonucunda ortaya tabaka tabaka fiberlerdan oluşan bir yapı çıkar. Fiberler silis metrisin içinde mikron ölçekte kompozit kirişler oluşturmak üzere bir düzen içinde birleşir.Bu kirişlerin makroskopik düzeni strese ve yırtılma etkisine karşı büyük bir direnç oluşturur. Son olarak bu cam iskelet sistemi, diğer yapısal motifler sayesinde olağanüstü bir sağlamlığa sahiptir. Kaynak: www.sciencemag.org, vol 309 Derleyen: Reyhan Oksay Cam Süngeri: Euplectella'nın mineral iskelet sisteminin yapısal analizi A) Silindirik cam kafes şeklindeki tüm iskeletÖlçek,1 cm B) Kafes yapıdan bir kısım. Dama tahtası şeklinde düzenlenmiş köşegen elemanlarıyla birlikte yatay ve dikey desteklerden oluşan dikdörtgen kafes. Ölçek 5 mm. C) Taramalı Elektron Mikrografı (SEM) ile elde edilen bu fotoğraf her bir desteğin birden fazla spikül'den oluştuğunu gösteriyor (Ok, iskelet kafesinin uzun eksenini belirtiyor). Ölçek 100 µm D) SEM ile elde edilen bu görüntüde kırılmış tek bir kirişin seramikfiber kompozit yapısı görülüyor. Ölçek 20 µm E) Birleşme bölgesinin SEM görüntüsü. Kafesin katmanlı silis tabakaları ile yapıştırıldığı görülüyor. Ölçek 25 µm F) Bir spikül çıkıntı kesitinin SEM görüntüsü. Farklı boyutlardaki spikül'lerin katmanlı silis metrisi ile çevresinin sarıldığı net bir şekilde görülüyor. Ölçek 10 µm G)Bir spikülün boydan kesitinin SEM görüntüsü. Katmanlar net bir şekilde görülüyor. Ölçek 5 µm. H)Kırılmış bir spikülün SEM görüntüsü. Organik ara katman görülüyor. Ölçek 1µm I)Ağartılmış biyosilis yüzeyi. Nanoparçacıklardan oluşan doğası net bir şekilde seçiliyor. Ölçek 500 nm. Doğa, bilim adamlarını olağanüstü güçteki yapı malzeme örnekleriyle şaşırtır. Bu malzemeler çoğunlukla nanometreden makroskopik ölçeğe uzanan karmaşık hiyerarşik bir düzen sergiler. Yapısal kat her biri nihai tasarımın mekanik kararlılığına ve sağlamlığına katkıda bulunur. SEDEF Doğa, ayrıca, neredeyse saf nitelikte mineral yapıların da evrilmesine zemin hazırlar. Pek çok mineral, kırılganlığına karşın organizmayı korumak için yeterinde serttirler. Örneğin yumuşakçalardan sedefte, sertleştirici etki, kalsiyum karbonat mikro tabletler arasındaki arayüzlerdeki organik nano katmanlardan kaynaklanır. Bu tür yapılarda sert kısımlar (genellikle mineral) dışarıdan uygulanan yükün büyük bir kısmını absorbe eder. Organik katmanlar bunun karşılığında sertleşmeyi sağlar, çatlakların yapının iç kısımlarına TAHTA Tahta, o kendine özgü özeliklerini (sağlamlık, dayanıklılık, şekillendirilebilirlik, esneklik vb), kafes şeklindeki lifli yapısı ile selüloz arasındaki son derece ustaca düzenlenmiş bağlantılarına borçludur. Tahta, birbirine paralel içi boş tüp şeklindeki hücrelerden oluşur. Hücrenin çevresinde, sarmal şeklinde dolanan nanometre kalınlığında selüloz lifler hücreleri bir arada tutar ve sağlam bir yapı oluşturur. Deformasyon, bu hücreleri birbirine yapıştıran “komşu” liflerin yırtılmasıyla ortaya çıkar. Tahta, liflere dayanan mekanik performans açısından büyük bir çeşitlilik sergiler. İnatçı ve kararlı nanokabarcıklar Yüzey nanokabarcıklarının sanıldığının aksine son derece kararlı ve dayanıklı olduğu ortaya çıktı. Hollanda'daki Twente Üniversitesi'nden Detlef Lohse ve meslektaşları bu kabarcıkların yalnızca oda sıcaklığında ve basıncında değil, 6MPa gibi aşırı negatif basınç altında da sabit kaldıklarını tespit etti. Bu “süperkararlılık” katısıvı arayüzlerini daha iyi anlamamıza yardımcı olacağı gibi sanayide de pratik kullanım alanları bulabilir. Bilim adamları son yıllarda katı ve sıvı arasındaki arayüzde sabit nanokabarcıkların varolduğuna ilişkin kanıtlara eriştiler. 10100 nm genişliğindeki bu yüzey nanokabarcıkları aslında bilim adamlarında büyük şaşkınlığa yol açtı, çünkü bu bölgede nanokabarcıklara rastlanması beklenmiyordu. Şimdi, Lohse ve meslektaşları bu kabarcıkların çok büyük negatif basınç altında da varlığını koruduğunu keşfetti. Bu verileri değerlendiren Lohse, “Yüzey nanokabarcıklarının kavitasyon (akan bir sıvıda alçak basınçlı buhar boşluklarının meydana gelip çökmesi) ile ilişkisi konusunda bugüne dek bilinenlerin değişmesi gerekiyor. Hepimiz kabarcıkların yüzey kavitasyonlarının yoğunluklarına bağlı olduğunu düşünüyorduk. Yaptığımız son deney bunun böyle olmadığını gösteriyor.” Bilim ekibi şimdi farklı temas açılarına sahip, farklı yüzeyleri incelemeyi planlıyor. KEMİK Hiyerarşik olarak bir araya gelmiş lifli malzemelere bir diğer örnek de kemiktir. Kemiğin gücü kritik bir şekilde bir araya gelmiş farklı yapısal düzeyler arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bu farklılık, kalsiyum fosfat ve organik çerçeve arasındaki moleküler/nanoölçekteki ilişkiden, milimetre boyutlarındaki katmanlı kemik düzenlemesine kadar uzanır. Tahta tamamen organik bir malzeme olmasına karşın, kemik bir kompozittir. Başka bir deyişle yarısı organik yarısı mineral kısımlar, nano ölçekte birbirlerine sıkıca bağlıdır. CBT 1057/9 22 Haziran 2007