Örümceklerin doğadaki ipek üretme mekanizmalarından esinlenen bir yöntemle, UCLA’da görevli bir biyomühendislik ekibi, oda sıcaklığında ve atmosferik basınç altında, yumuşak ve elektrik ileten lifler üretebilecek bir süreç geliştirmiş durumda.
Nature Electronics dergisinde kapak makalesi olarak yayınlanan araştırmada, araştırmacılar, esnek ve dayanıklı kumaşlardan yapılan bir algılama eldiveni ve akıllı bir yüz maskesi ile bu teknolojilerini sergilediler. Eldiven, kullanıcıların bir “taş-kağıt-makas” bilgisayar oyununu oynamalarına imkan sağlayacak şekilde el hareketlerini ve sıcaklık değişimlerini algılama kapasitesine sahipken, maske ise kullanıcının solunum düzenini monitör edebiliyor.
Elektrik ileten liflerin üretiminde kullanılan mevcut yöntemler genellikle yüksek maliyetli ve karmaşık olup, büyük miktarda enerji tüketimi, çok sayıda çözücü ve özel ekipmanlar gerektirir.
“Amacımız, son teknoloji süreçleri izleyerek, elektrik ileten lifler için oldukça verimli ve ekonomik bir üretim süreci geliştirmekti. Bu yeni yöntemle, düşük maliyetle yüksek verimli iletken yumuşak lifler oluşturabilme imkanına kavuşuyoruz,” diyor çalışmanın ortak yazarlarından olan ve UCLA Samueli Mühendislik Okulu’nda biyomühendislik alanında yardımcı profesör olarak görev yapan Jun Chen.
Bu lifler, bir tür sentetik polimer olan poliakrilonitril ve liflere elektrik iletimi özellikleri sağlayan gümüş iyonlarından oluşuyor. Bu bileşenler, sentetik liflerin üretiminde sıkça kullanılan bir çözücü olan dimetilformamid (DMF) içerisinde çözülür. Daha sonra, çözelti bir döner plaka üzerinde döndürülür ve çevredeki hava buharının çözücüyü buharlaştırması sağlanır. Bu aksiyon, poliakrilonitril molekülleri ve gümüş iyonlarından oluşan bir ağ yaratır. Araştırmacılar tarafından PANSion olarak adlandırılan bu yapı, plakadan bir dakikadan daha kısa sürede çıkarılabilecek esnek ve serbest duran lifler oluşturur. Bu süreç, örümceklerin sıvı proteinlerini ipek ipliklere dönüştürerek ağ oluşturdukları sürece benzer. Sonuçta elde edilen lifler, esneklik bakımından lastiğe ve dayanıklılık bakımından pamuk lifine benzer.
Araştırmacılara göre, bu lifler solunum, sıcaklık ve dokunmayı algılama yeteneğine sahip güçlü bir elektrik iletkenliği sunuyor. Akıllı tekstillerde kullanıldığında, bu lifler enerji, algılama ve terapötik uygulamalar sunabilir; örneğin, gece boyunca uyku apnesi olan bir kişinin solunumunu izleyen bir cerrahi maske.
Araştırmanın ilk yazarı, şu anda Ulusal Singapur Üniversitesi’nde bulunan ve Chen’in UCLA’daki Giyilebilir Biyoelektronik Araştırma Grubu’nda eski bir doktora sonrası öğrencisi olan Songlin Zhang’dır.
Chen’in araştırma grubundan diğer UCLA yazarları Yihao Zhou, Alberto Libanori ve Xun Zhao’dur. Ek yazarlar Singapur Ulusal Üniversitesi, Çin’deki Nanjing Üniversitesi ve Jilin Üniversitesi’nden.
Bu çalışma, biyomühendisliğin önemini ve sentetik malzemelerin ve süreçlerin geliştirilmesinde biyolojik sistemlerin taklit edilmesinin değerini öne çıkarıyor. Üretim süreci, örümceklerin ipek üretme mekanizmalarını taklit ederek, biyolojinin karmaşıklığını ve sofistike tasarımını yeniden yaratıyor. Öte yandan, liflerin uygulamaları, biyomühendisliğin sağlık izleme ve tedavi kapasitesini de gözler önüne seriyor. Bu yönleriyle bu araştırma, biyomühendisliğin farklı disiplinlerle etkileşim içinde nasıl yenilikçi çözümler üretebileceğinin harika bir örneğini oluşturuyor.