Akıllı Polimerler

Polimerler, monomerlerin oluşturduğu uzun zincir molekülleridir. Doğal ya da sentetik yapıya sahip olabilirler. Dış ortamdan gelen çeşitli uyarılara karşı mekanik özelliklerinde değişim gösteren yapılar ise akıllı polimerdir. Bu uyarılar genel olarak; sıcaklık, nem, manyetik alan, ışık, pH ve elektriksel alan olabilir.

Sıcaklığa Duyarlı Polimerler

Sıcaklığa duyarlı polimerlerde yaygın olarak bilinen iki polimer türü vardır. Bu polimerler PNIPAM ve PVME’dir. Genel olarak materyaller ısıtıldıklarında enerjilerinde artış meydana geleceğinden genişlemeler meydana gelmesi ve çözünürlüklerinin de sıcaklık ile birlikte artması beklenir. Ancak bu iki polimerde beklenen durumun tam tersi gerçekleşir. Bu polimerler sıcaklık etkisi altında kaldıklarında büzüşürler. Bu polimerlerin sıcaklık etkisine karşı gösterdikleri şişme ve büzüşme olayı geri dönüşlü olarak meydana gelmektedir. Bu sebeple bu iki polimer sıcaklığa duyarlı polimer olarak yaygın bir kullanım alanına sahiptir.

Elektriksel Alana Duyarlı Polimerler

Elektriksel alana duyarlı polimerler elektriksel kontrol altında şişebilir ya da büzüşebilir. Bu polimerler genellikle kimyasal vanalarda kullanılır. Bu polimeler ile oluşturulan jeller gözenekli zar formuna getirilir. Bu gözenekli zar kenarlarından bir desteğe tutturulur. Jel büzüştüğünde zarda bulunan gözenekler genişler, sıvıların ve moleküllerin zardan geçişine izin verilir. Tam tersi durumda ise jel genişler, zar üzerinde bulunan gözenekler daralır. Böylelikle molekül ve sıvı akışı durur. Bu kimyasal vana uygulamasında akım ile gözenek boyutu kontrol edilebilmektedir. Bu sayede hangi gözenek boyutunda hangi moleküllerin zardan geçebileceğini tespit etmek mümkün hale gelir.

pH Duyarlı Polimerler

Bu polimer grubu pH değişikliklerine yanıt oluşturabilme yeteneğine sahiptir. Yapılarında asidik veya alkali fonksiyonel gruplar içerirler. Bu gruplar uygun koşullarda iyonlaşarak sabit bir elektriksel yük oluşumuna neden olur. Bu elektriksel yükler pozitif yük veya negatif yük halinde oluşur. Bu yüklerin oluşumu ve elektrostatik kuvvetlerin birbirini itmesi sonucunda, yapıya su girişi artar. Böylelikle yapı şişer. Asit duyarlı ilaçları mide ortamından koruyabilmek konusunda pH duyarlı polimerler geliştirilmektedir.

Akıllı polimerler ile ilgili duyarlı oldukları parametrelerden bazılarını inceledik. Ancak akıllı polimerler ile ilgili bir diğer kavram şekil hafızalı polimerlerdir.

Şekil Hafızalı Polimer Nedir?

Şekil hafızalı polimerler maruz kaldıkları bir kuvvet etkisi ile şekillerini değiştiren ve bu kuvvet etkisi ortadan kalktığında eski formuna geri dönebilen akıllı polimerlerdir. Bu akıllı polimerler çevresel faktörlere karşı şekil değiştirerek yanıt verirler.

Genellikle materyallerin belirli bir erime sıcaklığı vardır. Ancak bu durum şekil hafızalı polimerler için biraz daha farklıdır. Bu polimerler için erime sıcaklığının yanında bir de camsı geçiş sıcaklığı vardır. Camsı geçiş sıcaklığı; maddenin camsı özelliklerini kaybedip, hareketlilik kazanarak daha esnek bir yapıya dönüştüğü sıcaklıktır. Camsı geçiş sıcaklığı sınır değeri, erime sıcaklığı sınır değerinden daha düşüktür.

Şekil hafızalı polimerler kalıcı ve geçici olarak iki farklı şekil değişikliği gösterir. Bu şekil değişiklikleri camsı geçiş sıcaklığı üzerinde veya altında bir sıcaklık değeriyle meydana getirilmektedir. Bu sebeple camsı geçiş sıcaklığı şekil hafızalı polimerler için önemlidir.

Akıllı Polimerlerin Uygulama Alanları

Akıllı polimerler; yapay kaslarda, hidrojel üretiminde, sensörlerde ve büyük ölçüde biyomedikal mühendisliğinde kullanılırlar. Örneğin, neme duyarlı polimerler yara içinde ve çevresinde nem dengesini otomatik olarak düzenleyen, kendiliğinden uyarlanan sargı bezlerinde kullanılırlar. pH duyarlı polimerler ise ortamın pH değişikliğine yanıt olarak şekil değiştirirler ve ilaç salınım sistemlerinde kullanılırlar. Doku mühendisliğinde hücre çoğaltmak amacıyla sıcaklığa duyarlı jellerin kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Ayrıca akıllı polimerlerin protein saflaştırılmasında kullanımı zaman ve maliyet açısından avantaj sağlamaktadır.

Kaynaklar:

e-dergi.tubitak.gov.tr

en.wikipedia.org

Sağlık Alanında Kullanılan Akıllı Polimerler – Zülfü TÜYLEK

scitechdaily.com