ALTIN 486,37
DOLAR 8,3616
EURO 9,9348
BIST 1.400
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 36 °C
Sıcak

Yüksek Hızlı Kameralar Çiçek Açan Çiçekler Gibi Patlayan Baloncukları Gösteriyor

21.07.2021
12
Yüksek Hızlı Kameralar Çiçek Açan Çiçekler Gibi Patlayan Baloncukları Gösteriyor

Yeni bir çalışma, yüksek hızlı bir kamera tarafından çekilen bu fotoğrafta gösterildiği gibi, ne mükemmel sıvı ne de yağ olan viskoelastik baloncukların, patladıklarında çiçek açan çiçeklere benzediğini buldu. Kredi: Fuller Laboratuvarı

Stanford ve Napoli Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, baloncukların nasıl oluştuğunu ve sonunda patladığını araştırıyor, yeni bir patlama sürecini ortaya çıkarmak için yüksek hızlı kameralar ve analitik modelleme kullanıyor.

Petrol endüstrisi, ilaç şirketleri ve biyoreaktör üreticilerinin hepsi tek bir ortak düşmanla karşı karşıya: baloncuklar. Çeşitli sıvıların üretimi veya taşınması sırasında kabarcıklar oluşabilmekte ve bunların oluşması ve yırtılması ürün kalitesinde önemli sorunlara neden olabilmektedir.

Bu sorunlardan ve baloncukların arkasındaki şaşırtıcı fizikten esinlenerek uluslararası bir bilimsel işbirliği doğdu. Stanford Üniversitesi kimya mühendisi Gerald Fuller, doktora öğrencileri Aadithya Kannan ve Vinny Chandran Suja ile birlikte Napoli Üniversitesi’nden misafir doktora öğrencisi Daniele Tammaro ile birlikte farklı baloncuk türlerinin nasıl patladığını incelemek için bir araya geldi.

Araştırmacılar özellikle, ilaç endüstrisinde ve hücre kültürü için kullanılan biyoreaktörlerde yaygın olarak görülen, yüzeylerine gömülü proteinlerin bulunduğu kabarcıklarla ilgilendiler. Beklenmedik bir sonuçla araştırmacılar, üzerinde çalıştıkları protein kabarcıklarının bir iğne ile patlatıldığında çiçekler gibi açıldığını keşfettiler. Bulguları, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde 19 Temmuz’da yayınlanan bir çalışmada detaylandırılmıştır.

Suja, “Bana gerçekten çarpan şey, tüm bu yıllar süren araştırmalardan sonra bile, kabarcık fiziğinin beklenmedik derecede güzel fenomenlerle bizi şaşırtmaya devam etmesi” dedi.

Balonu patlatmak

Kabarcıklar, fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak çeşitli şekillerde patlayabilir. Önemli bir özellik viskoelastisite olarak adlandırılır.

“Bizi çevreleyen çoğu malzeme aslında su veya zeytinyağı gibi mükemmel sıvı değildir. Kurşun kalem silgisi gibi tamamen esnek de değiller. Mühendislik Okulu’nda Fletcher Jones II Profesörü olan ve çalışmayı Napoli Üniversitesi’nden Profesör Pier Luca Maffettone ile birlikte yöneten Fuller, ikisinin arasında bir yerdeler” diye açıkladı.

kabarcık patlaması

Bu karşılaştırmada, sabun köpüğü ile protein köpüğü patlaması arasındaki bariz fark gösterilmektedir. Kredi: Fuller Laboratuvarı

Bu “ara” duruma viskoelastisite denir ve araştırmacılar, geleneksel sabun köpüğünden farklı olarak, hem sıvı hem de katı benzeri özelliklere sahip viskoelastik baloncukların deforme olduğunu ve çiçek açan bir çiçeğe benzeyen şekillerde patladığını buldular.

Ancak Tammaro’nun belirttiği gibi, “Bir baloncuk patladığında deliğin nasıl açıldığını gözlerimizle görmek mümkün değil, bu yüzden sadece kaybolan bir baloncuk görüyoruz.”

Bu nedenle araştırmacılar, fenomeni yakalamak ve incelemek için insan gözünden 300 kat daha hızlı, saniyede 20.000 kare hızında çalışan yüksek hızlı kameralar kullandılar.

Kannan, “Biyolojik ilaç formülasyonlarında kabarcık birleşmesi üzerine tezim üzerinde çalışırken, laboratuvarımızda bulunan yüksek hızlı bir kamera aracılığıyla kabarcık kopmasına bakmaya karar verdim” dedi. “Bunu yaptığımızda, yüzeyinde protein bulunan bu balonun, geleneksel olarak beklediğimizden çok farklı bir yırtılma mekanizması sergilediğini gördük.”

Laboratuarda araştırmacılar, viskoelastik özelliklere sahip bir protein çözeltisine metal bir halka batırdılar. Daha sonra yüksek kontrollü bir hava akışı kullanarak bu halka üzerindeki baloncukları dikkatlice şişirdiler. Kabarcıklar yeterince büyük olduğunda, asılı bir iğne ile temas ettiler ve patladılar.

Videonun gösterdiği gibi, kabarcıklar iğneye ulaştığında, yüzey yapraklar gibi soyulur. Bu soyulma, yüzeydeki viskoelastik özelliklerin, çözeltinin yaygın sabun köpüğünden daha katı benzeri özelliklere sahip olmasına izin verdiği için olur. Kannan, bu özel balonun patlamasını, aynı zamanda bir çiçek gibi soyulan bir balona benzetti.

Kabarcık fiziğini araştırmak

Çiçeklenme fenomeni yeterince gözlemlendikten sonra, araştırmacılar haşhaşın analitik modellerini geliştirmeye başladılar. Ekip, kabarcık dinamiği ve matematiksel modellerle ilgili mevcut bilgileri kullanarak, kağıtlarında kabarcık çiçeklenmesinin bir dizi umut verici hesaplamalı reprodüksiyonunu sundu.

Ekip, kabarcık oluşumunu ve patlamasını inceleyerek, sonunda gerçek dünya uygulamalarında kabarcık oluşumunu ve patlamayı nasıl azaltacağını öğrenmeyi umuyor. Bulgularının ilaç ve aşı üretiminden petrol taşımacılığına kadar birçok alanda uygulamaları olacağını tahmin ediyorlar.

Kannan, “Bunun ne kadar genelleştirilebilir olduğunu ve çiçeklenmenin diğer sistemler için ne kadar farklı olduğunu görmek gerçekten önemli” dedi.

Referans: 19 Temmuz 2021, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2105058118

Fuller ayrıca Stanford Bio-X, Kardiyovasküler Enstitüsü ve Anne ve Çocuk Sağlığı Araştırma Enstitüsü (MCHRI) üyesi ve Stanford ChEM-H üyesidir.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.