Üniversite
Polimer mimarisi bina tasarlamaya benziyor
Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) 2017 Ödülleri kapsamında Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü’ne değer bulunan Boğaziçi Üniversitesi Kimya Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Bülent Akgün fizikokimya, polimer ve malzeme kimyası konularında çalışmalar yürütüyor.
Pencerelerde kullanılan PVC’den mutfaklarımızdaki teflon tavaya, ofislerde kullanılan post’it’lerden tıkanan kalp damarlarına uygulanan stent’lere ya da araba lastiklerine hemen her yerde hayatımızın içindeler. Bilim dünyasında ‘’polimer’’ olarak adlandırılan; küçük basit moleküllerin devamlı olarak birbirini takip etmesi sonucu oluşan makro bileşikler günümüzde çok çeşitli alanlarda kullanılıyor. Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) 2017 Ödülleri kapsamında Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü’ne değer bulunan Boğaziçi Üniversitesi Kimya Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Bülent Akgün fizikokimya, polimer ve malzeme kimyası konularında çalışmalar yürütüyor.
Lisans ve yüksek lisansını Boğaziçi Üniversitesi’nde tamamlayan Akgün, doktora çalışmalarını dünyanın en iyi polimer enstitülerinden birine sahip olan Akron Üniversitesi’nde gerçekleştirdi. Akgün’den hayatımızın önemli bir parçası olan polimerler üzerine yürüttüğü çalışmalar hakkında bilgi aldık.
Polimer fiziği nedir, dünyada hangi sektör ve sanayilerde karşımıza çıkıyor?
Bülent Akgün- Polimer günlük hayatımızın çok içinde olan bir kavram aslında; farkında olun veya olmayın kullandığınız birçok şey polimer tabanlı çünkü polimerler çok ucuz. Hatta “sudan ucuz” şeklinde de niteleyebiliriz. Her şeyi daha az maliyetli olarak yapabilmenin, malzemeleri ucuz olarak üretebilmenin en basit yolu polimer kullanmak. Ayakkabılarınızdan, üstünüzdeki kıyafetlere, kullan-at tabaklara kadar birçok şey polimerler ile yapılıyor. Örnekleri çoğaltmak mümkün; araba kaplamaları, plastikten yapılan parçalar, araba lastiği, boya… Bu bahsettiklerim günlük hayatımızda yaygın kullanımlara örnek oluşturuyor. Ancak polimer alanı gerçekten geniş bir alan.
Örneğin yine günlük yaşamda sık kullandığımız post-it’leri düşünün. Post-it’in menşei 3M isimli, ABD / Minnesota orijinli çok büyük bir kimya şirketidir. Genelde yapışkanlarında polimer kullanırlar ve bu merkezde çalışanların büyük bir kısmı sadece polimer sentezinden, polimer fiziğinden, polimer teknolojisinden, reolojiden, bir başka deyişle polimerin farklı alanlarından gelen kişilerdir. Yapışkan teknolojisinde çok büyük bir pazar söz konusu bu nedenle polimer fiziği, reoloji (maddenin akışını inceleyen bilim dalı), polimer teknolojisi bu alanda çok büyük rol oynamaktadır.
Ancak son yıllarda uygulamalar teknolojik olarak daha yüksek seviyelere ulaştı. Mesela ileride dünyamıza şekil verecek olan organik güneş pillerini düşünelim. Şu anda da güneş pilleri yapılıyor. Ancak bunlar inorganik malzemelerden yapılıyor. Verimlilikleri ise %30-35civarında ancak üretimleri zahmetli ve pahalı oluyor. Benim çalışmalarım arasında güneş pilleriyle ilgili çalışmakta olan gruplarla ortaklaşarak yapmış olduğumuz çeşitli yayınlar bulunuyor. Polimer tabanlı organik güneş pilleri alanında ABD’de 2011-2012 yıllarında çok fazla yatırım yapıldı. Ben de o dönem Amerika’daydım. Verimlilik oranı %11-12 civarına geldi; ancak %15 verimliliğe henüz varılamadı. Bu seviye %15’lere ulaştığında çok büyük ihtimalle organik güneş pilleri yavaş yavaş günlük hayatta yerlerini alacak.
Polimerleri dilediğiniz gibi tasarlayabilirsiniz
Güncel çalışmalarınız hakkında bilgi alabilir miyiz?
Ben uzun bir zamandır polimerlerin yüzeylerde nasıl davrandığını inceliyorum. Genel olarak son dönemde çalıştığım konu ise ince polimer filmler ile ilişkili. İnce polimerler biyomedikal kaplamalarda, organik güneş hücrelerinin aktif tabakalarında, litografik resistlerde kullanılabildiği gibi zehirli gazların tespit edilmesinde veya proteinleri itecek tabakalarda da kullanılıyor. Peki, bu neden önemli? Diyelim ki siz bir gemi yaptınız. Geminiz yola çıktığı andan itibaren geminize sürekli organizmalar yapışacaktır. Zaman içinde bu organizmalar gemilerin yüzeylerinde o kadar birikirler ki geminin hızını, kullandığı yakıt seviyesini etkiler boyuta ulaşır. Haliyle geminin dış yüzeyinin belli bir süre içerisinde sürekli temizlenmesi gerekir. Bu da ekstra bir maliyet anlamına gelir. Bu noktada bu organizmaların gemiye tutunmasını engelleyecek filmler devreye girer. Bu tür şeyleri yapabilmek için polimerlerin çok çok ince filmlerde nasıl davrandığını anlamamız gerekiyor. Yaklaşık 20-25 yıldır bu konuda önemli çalışmalar yapılıyor.
Polimerler spagetti gibi birbirine dolanan bir yapıda bulunuyorlar. Ama bunları ince bir film haline getirirsek polimerler artık o yapıyı koruyamıyor. Bir polimer yığında 20 nanometre büyüklüğünde bir çember oluşturduğunu düşünün ve siz polimer yığınını 15 nanometrelik bir yerde tutmaya çalışıyorsunuz. Polimer mecburen önceki yapısından uzaklaşıyor. Bir tarafta uzayacak, bir tarafta kısalacak ve kendini oraya adapte edecek. Ama kendini oraya adapte ederken akışa olan direnci, hareketliliği, camsı geçiş sıcaklığı (cam halinden eriyik hale geçtiği sıcaklık) değişiyor. Aslında polimeri normal olduğu durumdan ince filme koyduğunuzda hem yapısı hem de özellikleri değişiyor. Son 20 yıldır bunu anlamak için önemli bir çaba söz konusu bilim dünyasında. Dolayısıyla benim çalışma odağım son 3-4 yıldır polimer mimarisinin nanometre boyutlarda filmin özelliklerine etkisi diyebiliriz. Bunu bir nevi bina mimarisi gibi de görebiliriz. Binayı da belirli bir şekilde dizayn ederseniz konforu arttırırsınız, farklı bir şekilde dizayn ederseniz sağlamlığı arttırırsınız. Polimerler de böyledir. Polimerleri istediğimiz şekilde dizayn edebiliyoruz; sağladıkları en önemli avantaj budur.
Polimerleri dizayn edebilmek beraberinde ne tür avantajlar getiriyor biraz açabilir miyiz?
Siz kullandığınız polimeri hiç değiştirmeden sadece polimerin nasıl organize olduğunu değiştirerek farklı özellikler kazanabiliyorsunuz. Biz son dönemde lineer ve yıldız şeklindeki polimer zincirlerini çalıştık. Lineer zincirdeki polimerle yıldız şeklindeki zincirdeki polimerler aynı malzemeden yapılma. İkisi de kimyasal olarak aynı. Ama birinde tek bir zincir var; uzun ve çok çok büyük bir zincir. İçinde, örneğin, 500 bin tane aynı monomer’in (Polimerleri oluşturan ve kendisi gibi en az iki parçayla birleşebilen molekül) olduğu bir yapıdan bahsediyoruz yani. Yıldız zincirde de aynı kimyasallar var, aynı tekrar eden monomer üniteleri var. Ama yıldız zincirde bunlardan, örneğin, 20 bin monomer bir kolu oluştururken 20 bin tanesi öteki kolu oluşturuyor. Yani siz bu 20 binlik birimlerden 25 tane kol yapabiliyorsunuz. Biri yıldız, biri lineer şeklinde; kimyasal özellikleri tamamen aynı olmasına karşın bu ikisinin özellikleri tamamen farklı.
Sadece polimerleri sentezlemeniz yetmiyor. Nasıl çalıştığını da anlayabilmeniz lazım. Hangi parametrelere ihtiyaç duyuyorsunuz, bunları nasıl geliştirebilirsiniz bilmeniz lazım. Modellemeler yapmanız lazım. Özellikle 10-15 yıl içerisinde yenilenebilir enerjinin fosil yakıtların önüne geçmesiyle polimerler hayatımızda daha fazla rol oynamaya başlayacak. Polimer filmlerinin daha çok yer alacağı teknolojiler gelişecek. Çünkü polimer hem ucuz hem de siz polimeri bir gram değil, 10 nanometrelik bir filmde mikrogram düzeyinde kullanıyorsunuz. O kadar düşük miktarda kullanarak hala istediğiniz özellikleri elde edebildiğinizi düşünün. Biz de son birkaç yıldır ince filmlerde bu zincirlerin hareketliliğine bakıyoruz.
Polimer Mimarisi demiştiniz, polimerlerin farklı tasarımlarına ulaşmak ne açıdan önemli?
Şu anda biyomedikal cihazların kaplanması alanına çok önem veriliyor. Mesela stentlerin üzerine kaplanan ve ilacı kontrollü şekilde salan tabakalar var ve bunlar da polimerden yapılıyor. Ancak ince film dendiğinde de sadece polimeri anlamamak gerekiyor. Ben hep polimer ince filmlerinden bahsettim; ancak biz ince film çalışırken polimer, metal veya protein diyerek çok ayırt etmiyoruz. Bizim zamanında metal ince filmlerle de yaptığımız çalışmalar oldu, proteinlerle de oldu.
Örneğin protein terapötik diye bir alan var. Özellikle ilaç firmalarının tamamen proteinlerden ilaçlar yaptığı, antikorları kullanarak ilaçlar yaptığı döneme girdik. O pazar mesela beş yıl önce birkaç milyar dolarken belki beş yıl sonra 20-30 milyar dolarlık bir rakama ulaşacak. Bütün bunlarda ince filmleri anlayabilmek, yani ince filmlerdeki proteinlerin, polimerlerin, metallerin davranışlarını anlayabilmek çok büyük rol oynuyor. İnce filmler bu anlamda hastalıkların nasıl geliştiğini anlamakta da çok önemli. Biz dört yıl önce bir çalışma yapmıştık. AIDS hastalığı hakkındaydı; HIV virüsü ilginç bir virüstür. Yıllarca kendini gizleyip, sonra bir anda aktifleşebilir. Onun için mümkün olduğu kadar çok tedavi yöntemi geliştirmek önemlidir. HIV’nin herhangi bir proteininin nasıl bütün bu fonksiyonları yapabildiğini anlarsanız virüsü durdurabilirsiniz. Biz, HIV’nin proteinlerinden biri olan NEF proteininin hücre zarına nasıl bağlandığını, bağlandıktan sonra neler yaptığını çalışmış ve 3-4 yıl önce bu çalışmamızı yayınlamıştık. Bu alanda büyük bir çaba var. Yalnızca AIDS için değil; örneğin Alzheimer ve başka hastalıklar için de bu çalışmalar yapılıyor. Proteinlerin membran’larla nasıl etkileştiği konusu anlaşılmaya çalışılıyor. Ona göre bazı hastalıkların nasıl durdurulabileceğine dair stratejiler belirlenebilir.
Peki, malzeme biliminin geleceği açısından düşünürsek, Türkiye’deki malzeme bilimciler nasıl bir noktada, dünyayla kıyaslarsak?
Malzeme bilimi için birkaç farklı şey lazım. Birincisi, malzemeleri hazırlayabilmek lazım. Türkiye’de aslında bu konuda iyi bir yerde. Ülkemiz özellikle polimer sentezi olarak çok iyi bir durumda. İTÜ’de Yusuf Yağcı Hocamız var örneğin, sentez konusunda bütün dünyada tanınır. Osmangazi Üniversitesi’nde, ODTÜ’de, bizim üniversitemizde çok iyi hocalar var. İsmini sayamayacağım çok sayıda araştırmacı var. Ancak polimer fiziği veya malzeme fiziği dediğimizde biraz geride olduğumuzu, bu alanda çalışan çok fazla isim olmadığını ve bu alanda daha fazla gelişmeye ihtiyacımız olduğunu görüyoruz.
Söyleşi: Özgür Duygu Durgun-Sinan Cem Deveci /Kurumsal İletişim Ofisi
Fotoğraflar: Kenan Özcan