Çinli bilim insanlarından biyolojik evrimi taklit eden akıllı hidrojel: STERS

Akıllı malzemeler milisaniyeler içinde şekil değiştirebilse de doğadaki yavaş biyolojik dönüşümlerin yapay malzemelerle taklit edilmesi önemli bir zorluk oluşturuyor. Çin Bilimler Akademisi Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüleri’nden Prof. Du Xuemin liderliğindeki ekip, bu soruna yönelik yeni bir malzeme mimarisi geliştirdi. 

STERS (Uzay-Zaman Evrimleşen Reaktif Türler) adı verilen hidrojel, yakın kızılötesi ışıkla başlatılan kimyasal reaksiyonları dört haftaya kadar kesintisiz sürdürebiliyor. Böylece malzemenin biçimi, uzun bir zaman aralığında kademeli olarak değiştirilebiliyor.

HAFTALAR SÜREN DÖNÜŞÜM 

Küstüm otu ve bukalemun gibi canlıların hızlı tepkilerinin yanı sıra organizmaların uzun vadeli gelişim süreçlerinden ilham aldıklarını belirten Prof. Du, mevcut doku mühendisliği iskelelerinin ya çok hızlı değiştiğini ya da biçimini koruduğunu ifade etti.

STERS, galyum bazlı sıvı metal parçacıklarını reaktif tür üretimini ve hidrojel polimerizasyonunu yönlendiren vinil monomerlerle birleştiriyor. Işıkla etkinleştirilen sıvı metalin yüzeyindeki oksidasyon ve oksit tabakasının sürekli yenilenmesi, reaktif tür üretiminin haftalarca devam etmesini sağlıyor.

Hidrojel bu mekanizmayla mikroskobik ölçekten makroskobik ölçeğe, dakikalardan haftalara uzanan programlanabilir ve canlıların gelişimini andıran bir biçim değişimi geçiriyor.

HÜCRELER VE ELEKTROTLAR 

Laboratuvar gösterimlerinde bir ay boyunca kademeli renk değiştiren malzeme, uzun süreli bir görsel gösterge olarak kullanılabildi. Araştırmacılar hidrojeli, kök hücrelerin kemik ve sinir benzeri hücrelere farklılaşmasını yönlendirmek için de kullandı.

Beyin-makine arayüzlerine yönelik deneylerde ise sıçan embriyolarının beyin gelişimi sırasında ortaya çıkan elektriksel sinyalleri izlemek amacıyla bir elektrot yüzeyi STERS ile kaplandı. Hidrojelin dönüşüm hızı ve boyutundaki değişim, gelişen embriyonik beynin fiziksel dönüşümüne uyum sağlayacak şekilde ayarlanabildi.

BİYOLOJİK GÜVENLİK ÖNLEMLERİ 

Sıvı metallerin dokular üzerindeki olası toksik etkileri nedeniyle ekip, galyum parçacıklarını kapsülleyerek çevre dokulara sızmalarını önleyen 'sandviç' biçiminde bir katman yapısı geliştirdi.

Klinik uygulamalara geçilebilmesi için dönüşüm süreçlerinin farklı doku türlerine göre özelleştirilmesi, daha yavaş şekil değişimlerinin sağlanması ve sürecin dış uyaranlarla isteğe bağlı durdurulup yeniden başlatılabilmesi gerekiyor. 

STERS’in uyarlanabilir doku iskeleleri, beyin-makine arayüzleri, algılama teknolojileri ve yumuşak robotik alanlarında esnek bir platform olarak kullanılması hedefleniyor.