Berkeley, Kaliforniya Üniversitesi’ndeki biliminsanları sinir hücrelerinden proteinleri kullanarak çevresine çok duyarlı “akıllı” materyaller üretti. Bu biyoloji ve materyal bilimlerinin birlikteliğinden büyük miktarlarda ucuza ve kolay üretilebilen hassas, esnek kaplama doğdu.
Araştırmacılar, Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmanın yeni tip biyolojik sensörler, akış kapakçıkları ve kontrollü ilaç salınım sistemlerinin üretilebilmesine olanak sağladığını söylediler. Tükürük veya kan örnekleri gibi çok küçük miktarlardakı sıvıları teşhis için kullanan mikroakışkan cihazlar gibi biyomedikal uygulamaları olabilir.
Baş araştırmacı, Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nden Biyomühendis Doç. Dr. Sanjay Kumar, “Bu çalışma biyomimetrik materyaller, moleküler biyoloji mühendisleri ve sentetik biyoloji gibi birbirine yakın, ama kendine özgün alanları temsil ediyor” diyor ve ekliyor: “Biz canlı hücrelerdeki yapısal ağdan esinlenerek yeni sınıf akıllı, protein tabanlı materyaller ürettik.”
Kumar’ın araştırma takımı, küçük parçacıkları küme halinde bir arada tutabilmek için, boya ve sıvı kozmetik gibi her gün kullanılan sentetik kaplı sıvı ürünlerin biyolojik versiyonunu yapmak için yola çıktı. Sentetik kaplama parçaların yüzeyine yapışmışken kıl benzeri bir görünüşü olduğu için, sık sık polimer fırçası olarak da adlandırılır.
Polimer fırçasının biyolojik benzerini üreten araştırmacılar sinir hücresinde bulunan esnek çubuk benzeri proteinler ve nörofilamentlerle çalışmaya başladılar. Nörofilamentler çok küçük silindirik polimer fırçası gibi davranarak, toplu olarak yapısal ağın içine yerleştirilmiş bir sinir hücresinin elektriksel sinyali taşıyabilmesi için açık kalmasını sağlamaya yardım ediyor.
Kumar, “Bu proteini seçtik; gen miktarını klonlama yöntemini kullanarak, nörofilament ipliklerinden birini tekrar kodlayıp yeniden inşa ederek polimer fırçasına dönüştürdük; son proteini yüzeye tam ortalayacak şekilde tutturduk ve daha sonra çok ve saf nicelikteki proteini üretmek için bakterideki gene aktardık” dedi ve şöyle devam etti: “Ve bizim ‘fırça protein’in birçok avantajın yanında tüm sentetik fırçaların temel özelliklerine de sahip olduğunu gösterdik.”
Kumar, nörofilamentlerin protein fırçaları için iyi bir aday olduğunu vurguluyor. Çünkü onlar doğal düzensiz proteinler, üç boyutlu yapıya sahip olmadıklarından böyle isimlendiriliyorlar. Bu saç benzeri proteinler, boyut ve kimyasal sırası açısından sentetik benzerleri ile karşılaştırıldığında, kontrol edilmelerinin daha kolay olduğu görülüyor.
Kumar “Biyolojide kesinlik kritiktir” diyor. “Protein genel olarak her zaman aynı sırayla sentezlenir, protein sırasının biyokimyasal düzeni ve uzunluğu yapısını, biyokimyasal reaksiyonları katalizlemesini ve diğer moleküllere bağlanabilmesi gibi özelliklerinin tümünü etkiler. Laboratuarda kimyasal sentezleme araçlarını kullanma imkânı yoksa, bu tür kesinlikte bir dizilimi yapmak zordur. Biyolojideki kesinliği kullanarak ve bakteri hücresinin bizim için çalışmasına izin vererek, biz kendi protein fırçamızın iplikçiklerinin tam olarak uzunluğu ve sırasını kontrol edebiliriz” diyor.
Araştırmacılar protein fırçalarının yüzeye aktarılabileceğini ve asitlik ve tuzluluğun değişmesi gibi çevresel etkenlere reaksiyon verip, genişleyip bir araya toplandığını gösterdi. Çevresel olarak hassas materyaller, özel uyarıcıya tepki vermek için uyarlanabilir olmasından dolayı “akıllı” materyal olarak anılacaktır.
