Inovatif Kimya Dergisi Sayi 70

Kimya Dergisi

İNOVATİF Kimya Dergisi YIL:7 SAYI:70 MAYIS 2019

DALIŞ

KİMYASI

EKİBİMİZ YAVUZ SELİM KART PELİN TANTOĞLU HATİLE MOUMİNTSA ÖZGENUR GERİDÖNMEZ MERVE ÇÖPLÜ HACER DEMİR NURSELİ GÖRENER RABİYE BAŞTÜRK ELİF AYTAN ÖMER AKSU SİMGE KOSTİK PETEK AKSUNGUR RABİA ÖNEN İPEK AKHTAR MELİKE OYA KADER DİCLE OĞUZ MUAZ TOĞUŞLU EDA AKIN ELİF BERFİN KAVAK HİLAL KÖK DİLARA KÜÇÜKAY MUSTAFA BURAK DOĞANAY TOLGAHAN ÖZER NURAN ÇALIMLI ELİF YAĞMUR TAŞ SİMAY BAYRAKTAR TUĞÇE ÇINAR EZGİ YILMAZER MELİKE YILDIRIM TUĞBA YAZICI DENİS KAPICI SEDA ZEYNEP KELEŞ İBRAHİM MAMUDO NUREVŞAN GÜNDOĞDU NESRİN AVCIOĞLU ALEYNA GÜMÜŞSOY

DERGİYİ OKUMADAN ÖNCE İnovatif Kimya Dergisi yazılarını herhangi bir makalenizde veya yazınızda kullanmak için yazısını aldığınız kişiye mail atarak haber vermek, kullanmış olduğunuz yazıların kaynağını ise dergi olarak belirtmek durumundasınız.

Dergide yazılan yazıların sorumluluğu birinci derece yazara aittir. Bu konu hakkında bir sorun yaşıyorsanız ilk olarak yazara ulaşmalısınız.

Dergide yer alan bilgileri kullanarak başınıza gelebilecek felaketlerden ya da işlerden dergi sorumlu değildir.

Dergimizde yayınlanmasını istediğiniz yazıları info@inovatifkimyadergisi.com mail adresine göndermelisiniz. Gönderdiğiniz yazılarda bir eksiklik var ise editör tarafından incelenecektir. Eksik kısımları var ise size geri dönüş yapılacaktır.

Dergi ekibi gönüllü kişilerden oluşmuştur. Dergi ilk kurulduğu andan beri böyle ilerlemiştir. Dergi ekibinde olan herkes bu kuralı kabul etmiş sayılır. Gelen kişilere en başta bu kural söylenir. Görevini yapmayan, dergide anlaşmazlık çıkaran, huzur bozan kişiler ekipten çıkarılır. Siz de bu ekip içinde yer almak istiyorsanız web sitemiz üzerinden kuralları okuyarak başvurabilirsiniz.

Dergiyi okuyanlar ve dergi ekibi bu kuralları kabul etmiş sayılırlar. İNOVATİF KİMYA DERGİSİ

REKLAM VERMEK İÇİN reklam@inovatifkimyadergisi.com adresinden web site ve e-dergi için fiyat teklifi alabilirsiniz.

http://www.inovatifkimyadergisi.com https://www.facebook.com/InovatifKimyaDergisi https://twitter.com/InovatifKimya https://instagram.com/inovatifkimyadergisi https://www.linkedin.com/in/inovatif-kimya-dergisi-00629484/

REKLAM İÇİN REKLAM VERMEK İÇİN DOĞRU YERDESİNİZ reklam@inovatifkimyadergisi.com

YALIN ÜRETİM

6

SELÜLOZU NANOTEKNOLOJİ İLE GELİŞTİRİP ÇELİK MUKAVEMETİNE ÇIKARDI

8

HÜCRELER ARASI KİMYASAL İLETİŞİM

10

BİLİM ADAMLARI ANA MALZEMELERDEKİ KATALİZÖRLERİ 12 BİR ŞİŞEYE SIKIŞTIRIYOR

AĞIR METALLER

14

RUS BİLİM İNSANLARININ TERMOELEKTRİK MALZEMELERİN 20 ÜRETİMİNİ HIZLANDIRACAK YENİ KEŞFİ

DALIŞ KİMYASI

22

GİYİLEBİLİR TEKSTİL ÜRETİMİNDE KULLANILABİLECEK İLK 26 ÖLÇEKLENDİRİLEBİLİR GRAFEN İPLİKLER

FOTOKATALİTİK SU ARITIMI

28

GRAFENDEN BİLE DAHA GÜÇLÜ YENİ MUCİZEVİ MATERYAL: BOROFEN

31

TÜRK BİLİMCİLERİN SON İCADI TERMAL KAMUFLAJ

33

DOĞRUDAN TÜMÖRÜ HEDEFLEYEN İLAÇ GELİŞTİRDİLER

36

YALIN ÜRETİM YALIN DÜŞÜNCE İLE MÜKEMMELLİK YALIN ÜRETİM NEDİR? Yalın üretim sistematik bir sürekli iyileştirme sürecidir. İlk kez Toyoto fabrikalarında ortaya çıkmıştır ve Toyoto Üretim Sistemleri (Toyoto Production System) olarak da bilinir.

tüm israfları yok etmeyi hedefler. Burada israf dediğimiz, müşteri açısından değer oluşturmayan ve müşterinin ihtiyacını karşılamayan her şeydir. Yalın üretimde;

Yalın üretim; müşteri taleplerine en az kaynakla, en kısa sürede, en düşük maliyet ve en yüksek verimle yani hatasız üretimle cevap vermektir. Bunun için tasarımdan sevkiyata kadar olan süreçte olabilecek

* Maliyetlerin düşürülmesi, * Müşteri memnuniyetinin arttırılması * Firma karlılığının arttırılması hedeflenmektedir.

YALIN DÜŞÜNCENİN TEMEL İLKELERİ * Değer * Değer akışı * Sürekli akış * Çekme sistemi * Mükemmellik

1. Değer

3. Sürekli Akış

Yalın üretimde her faaliyet değer kavramına göre şekillenmektedir. Değer ise müşteri tarafından belirlenmektedir. Müşterinin ihtiyaçlarını karşılayan ve müşterinin para ödemeye hazır olduğu ürün değerdir. Müşteri tarafından bir değer oluşturmayan her şey israftır. Öncelikli olarak değeri iyi tanımlamamız gerekir bunun için sormamız gereken soru “Müşteri neyi istiyor?” olmalıdır.

Değer yaratan adımları kesintisiz yaparak hammaddeyi ürüne dönüştürür ve son kullanıcıya ulaştırır.

2. Değer Akış Analizi Hammaddenin ürüne dönüşmesi sürecinde tüm aşamalar tanımlanır ve her aşama sorgulanır. Bu şekilde tüm aşamalarda oluşabilecek israflar ortaya çıkarılır. Aynı zamanda akış süresinin azaltılması hedeflenir.

4.Çekme Sistemi Bu sistemde her aşama bir öncekinden talep edilir.

Müşterinin talebine göre üretim yapılır ve bu şekilde üretim kontrol altına alınır. Çekme sistemi sayesinde çeşitli aşamalarda stoklar oluşmaz ve elde ürün fazlalığı oluşmaz.

5. Mükemmellik İsrafı sürekli olarak azaltacak yeni yollar arayışıdır.

Sürekli mükemmellik aranmalıdır ve daha iyi bir yol daima vardır.

YALIN ÜRETİMDE 7 BÜYÜK İSRAF 1. Fazla üretim

nedenle müşterinin isteği doğrultusunda üretim yapılmalıdır.

Çok fazla ve çok erken yapılan üretimdir. Talep olmadığı zamanlarda üretim yapmak israftır. Bu

6

2. Bekleme

5.Gereksiz hareket

Makinenin işlemi bitirmesini beklemek veya tamir için beklemek israftır.

3. Taşıma

İyi organize edilmemiş çalışma alanında yapılan gereksiz hareketler israftır.

Prosesler arası gereksiz taşımalar israftır. Bu nedenle prosesler arası mesafe en aza indirilmelidir. Bunun için ileri akışlı taşıma sistemi kullanılabilir.

4.Hatalı üretim

Hatalı üretim sonucu oluşan ürünler ve üretim veya ürünün tamiri israftır.

6. Gereksiz işlemler

Müşterinin talebi olmayan işlemler yapmak israftır.

7.Stok

İşi yapmak işin gerekenden fazla elde tutulan her şey israftır.

İSRAFIN NEDENLERİ * Müşteri taleplerinin etkin değerlendirilmemesi * Uzun hazırlık zamanları * Liderlik eksikliği * Yetersiz plan * Yetersiz prosesler * Eğitimlerin yetersizliği * Organizasyonel bozukluklar * Prosesler arası uzun mesafeler * Bakım yetersizliği

YALIN DÖNÜŞÜM

Yalın üretim dendiğinde aklımıza 5S, Kaizen, değer akış haritaları gibi teknik terimler gelmektedir ancak yalın üretim yalnızca bu terimlerle değerlendirilemez çünkü sadece teknik bir konu değildir. Gerçek bir dönüşüm için yalın dönüşümün ne olduğunu ve sürecin nasıl olması gerektiğini çok iyi kavramak gerekir.

Yalın dönüşüm sürecinde * Uzun dönemli strateji belirlenmelidir * Kararlılık gösterilmelidir * Problemleri görmemizi sağlayacak üretim tasarımları yapılmalıdır.

Kaynaklar • Apilioğulları, L. Operasyonel Mükemmellik Yalın Değişim Yöntemi, Sistem Yayıncılık, İstanbul, 2013 • Wilson, L., How to Implement Lean Manufacturing, McGraw-Hill Companies, 2010 • Andullah, F., (2003), Lean Manufacturing Tools and Techniques In The Process Industry With a Focus on Steel

Eda Akın Kimya Mühendisi (Lisans Öğrencisi) eda.akin.399@gmail.com

7

SELÜLOZU NANOTEKNOLOJİ İLE GELİŞTİRİP ÇELİK MUKAVEMETİNE ÇIKARDI

Doç. Dr. Zeki Candan ve ekibi, doğada pek çok bitkide bulunan selüloz maddesini nanoteknoloji ile geliştirerek çeliğe yakın mukavemet elde etti.

Nanobiyomalzeme alanında geliştirilen nanoselüloz, Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından tescillendi. İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Orman Fakültesi Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Doç. Dr. Zeki Candan ve çalışma ekibi, doğada birçok bitkide olan ve atıklardan elde edilebilen selülozü nanoteknoloji ile geliştirerek nanoselüloz elde etti.

Nanoselülozun yoğunluğu çeliğe göre yaklaşık 5 kat daha düşük olmasına karşın mukavemet özelliği çeliğe yakın veya daha üstün olduğu ifade edildi.

Söz konusu buluş, Türk Patent ve Marka Kurumu tarafından tescillendi.

Konuyla ilgili açıklama yapan Doç. Dr. Zeki Candan, “Söz konusu buluş kapsamında selüloz esaslı çeşitli nanomalzemeler geliştirilmiş ve ileri düzey analiz cihazları ile karakterizasyonları yapılmıştır. Selüloz, doğada en bol bulunan organik polimerdir. Doğadaki bitkilerden elde edilebildiği gibi tekstil, gıda ve orman endüstrisinin çeşitli atıklarından da elde edilebilme imkanına sahiptir. Yapılan bilimsel çalışmalarda nanoteknoloji uygulamaları ile selüloz kaynaklarından nanoselüloz elde edilmiş, ardından nanoselüloz esaslı biyonanokompozit malzemeler geliştirilmiştir. Nanoselülozun yoğunluğu çeliğe göre yaklaşık 5 kat daha düşük olmasına karşın mukavemet özelliği çeliğe yakın veya daha üstündür. Kullanılan hammadde tipi ve yöntem gibi faktörlere bağlı olarak nihai malzemenin özellikleri değişmektedir. Elde edilen ürünlerin tıp, medikal, ilaç, elektronik, gıda, otomotiv, yapı, boya, kimya, kozmetik, yapıştırıcı, kompozit, orman

8

ürünleri vb. çok farklı endüstrilerde katma değerli ürünlerin üretiminde kullanılabilme potansiyeli bulunmaktadır” ifadelerini kullandı.

Nanoselülozun atıklardan da elde edilebildiğine dikkat çeken Candan, “Bu çalışmaya ayrı bir inovatif değer katmaktadır. Gerek dünyada, gerekse ülkemizde son dönemde öne çıkan konulardan birisi olan atıkların yeniden değerlendirilmesi/sıfır atık konseptine de uygun bir nitelik taşımaktadır” şeklinde konuştu.

Geliştirilen ürünle Türkiye’nin ihracatına da önemli bir katkı yapılabileceğini vurgulayan Candan, “Ülkemizde birçok endüstri, yaptığı Ar-Ge ve inovasyon çalışmaları ile kilogram başı değerinde önemli sayılabilecek iyileştirmeler yapmıştır. Ülkemizin ihracat hacminin artırılmasında kilogram başına katma değerin yükseltilmesinin kilit bir rolü vardır. Biz de geliştirmiş olduğumuz katma değeri yüksek olan nanoselüloz ve nanoselüloz esaslı biyonanokompozit malzemeler ile bir yandan bilim dünyasına katkıda bulunurken, bir yandan da ülkemizin ekonomisine katkı sunmayı hedeflemekteyiz” diye konuştu.

9

HÜCRELER ARASI KİMYASAL İLETİŞİM Çağlar boyunca iletişim, organizmaların hayatta kalabilmek için gerekli gördükleri bir güdü olarak kimi zaman karşımıza çıkmaktadır. Peki, bu kadar önemli olan bir olayın mikro boyutlarda gerçekleşme süreci nasıl oluşmaktadır? Çok hücreli organizmalar için hücreler arası iletişim hayati öneme sahiptir. Milyarlarca hücrenin etkinliklerini eşgüdümlü yapabilmeleri için haberleşmeleri gerekir. Zigottan itibaren canlının yaşamı boyunca devam eden bu iletişim, evrensel bazı denetim mekanizmaları ile sağlanır.

Tek hücreler çoğu zaman aynı anda birçok sinyal alır ve daha sonra aldıkları bilgiyi birleşik eylem planına dahil eder. Fakat hücreler sadece hedef değildir.

Ayrıca, yakın ve uzaktaki diğer hücrelere mesajlar gönderebilmekledirler. Örneğin: Toprakta yaşayan bir bakteri türü (Myxobacteria) besin krizi durumunda bir kimyasal molekül ile diğer hücreleri uyarır.

Uyarıyı alan hücreler, kümeleşerek ortam şartları düzelene kadar kalın çeperli sporlar oluştururlar.

Hücrenin yüzeyine gelen fiziksel ya da kimyasal bir sinyal, bir dizi sinyal aktarım yolunu kullanarak özgül bir cevaba dönüşür. Bu iletişim biçimi kendini destekleyen bir çok destekleyici gruplarla çalışır. Bu noktada kimya bilimi, hücreler arası iletişimde ciddi anlamda destek sağlamaktadır. Hücrelerin yakın çevrelerinde meydana gelen değişikliklere cevap verebilmesi için hücrelerin sınırlarının dışından çıkan sinyalleri alabilmesi ve işleyebilmesi gerekir.

da ki haberleşme şeklinde kesinlikle hedef odaklı hareket eden bir kimyasal mekanizma devreye girer.

Kullanılan mekanizmaya bağlı olarak çeşitli iletişim yöntemleri geliştirilmiştir.

Haberleşme tipleri şunlardır: • Parakrin ve sinaptik haberleşme • Hormonal haberleşme • Temas yoluyla haberleşme

Haberleşme Tipleri Hücreler, kendilerinden uzaktaki hücreleri hedefleyen kimyasal mesajcılar salarak haberleşirler. Bura-

10

Parakrin Haberleşme Hücreler arası iletişimin gerekliliklerine göre bazı mesajcılar yalnızca kısa mesafelere ulaşırlar. Bu tip kısa mesafeli iletişim yönteminde; hücreleri tetikleyen iki kimyasal mekanizmna devreye girer.Bunlardan biri regülatör ile çalışan parakrin iletişim, diğeri ise nörotransmitter ile çalışan sinaptik haberleşmedir.

Mesaj veren hücrenin salgıladığı molekül bir yerel regülatör olarak yakındaki hücreleri etkiler. Büyüme faktörleri, yakındaki çok sayıda hücre tarafından algılanır ve bu hücreler eş zamanlı cevap oluşturur.

Parakrin haberleşme olarak bilinir.

Sinaptik haberleşme mekanizmasında ise, bir sinir hücresi kimyasal bir haberci olan nörotransmitter oluşturur. Bu bileşik ilk nöronun hemen bitişiğindeki tek bir hedef hücreye ulaşır. Nörotransmitter madde, sinaptik bölgeler aracılığı ile diğer sinir hücresini uyarır.

Uzun Mesafeli (Hormonal) Haberleşme Bu haberleşme tipinde hormon adı verilen organizmaya özgü kimyasallar kullanılır. Hormonlar, mesaj veren hücreden çıktıktan sonra kan dolaşımı yolu ile vücudun başka bir kısmındaki hedef hücrelere ulaşırlar.

Gaz halinde bir hormon olan etilen de bitkilerde meyve olgunlaşmasını hızlandırır ve büyümeyi düzenler.

Sonuç; Hücreler canlılığın en temel basamağını oluştururlar. Bu sebeple bir organizmanın içerisinde milyonlarca bulunan hücrelerin kendileri arasında koordineli bir şekilde çalışabilmeleri amacıyla ciddi bir iletişimde olmaları gerekmektedir.

Buna ek olarak İletişimin tek yönlü olmaması, birbirlerine karşı cevap vermeleri de beklenir. Bu iletişim farklı yollarla olayın işlevine hitap edecek şekilde kurulmalı ve bu bilgi akışının gerçekleşmesine yardımcı olan özel kimyasal yapılarında doğru bir şekilde işlemesi gerekmektedir. Genel olarak proteinler kullanılarak iletişimin aktarılması gerçekleşmekte, hatta bunun yoksunluğunda Wiskott-Aldrich Sendromu olarak bilinen bir rahatsızlık meydana gelir. Tek bir aktarım proteininin yokluğu; anormal kanama, egzema, enfeksiyonlar ve lösemi gibi farklı etkilere yol açar. Bu sendromda, bağışıklık sistemi hücrelerinde belirli bir aktarım proteininin eksikliği söz konusudur Kaynaklar • • • •

1. Prof. Dr. Bektaş TEPE, Hücrelerarası İletişim, 2. https://www.nature.com/scitable/topicpage/cell-signaling-14047077 3. Gilbert, S. F. (2000). The Hedgehog family. In Developmental biology (6th ed.). Retrieved from 4. Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011).

Cell communication. In Campbell biology (10th ed.). San Francisco, CA: Pearson, 212 • 5. Autocrine signalling. (2014, December 30). Retrieved November 1, 2015 from Wikipedia

Muaz Toğuşlu Kimyager (Lisans Öğrencisi) mutazzam@gmail.com

11

BİLİM ADAMLARI ANA MALZEMELERDEKİ KATALİZÖRLERİ BİR ŞİŞEYE SIKIŞTIRIYOR

Fotoğraf : Termodinamik Pourbaix diyagramlarını kullanan bilim adamları, bir gemi gibi ana materyallerin içindeki katalizörleri bir şişeye sıkıştırabilirler.

Jingwei Hou Londra Kraliyet Mary Üniversitesi’nden bilim adamları, model gemilerin bir şişenin içinde açıldığı zamanki gibi, farklı konak malzemelerin en küçük gözeneklerinin içine katalizörler yerleştirmenin bir yolunu buldular.

emisyonu rengi değişebilir bu da mikro lazerlerde kullanılabilir.

Bu strateji aynı zamanda, konuğun ve konağın ayrı ayrı şeyler yaptığı veya konuğun sınırlı olduğu için konağın ve konuğun arasındaki etkileşimlerin yeni özellikler üretebileceği çok işlevli malzemelerin olasılığını da ortaya koymaktadır.

Kimyasal reaksiyonları hızlandıran malzemeler olan katalizörler söz konusu olduğunda, hapsetme daha yüksek aktiviteye neden olabilir. Katalizde fonksiyon kaybını önlemek için anahtar olan parçacıkları iyi bir şekilde ayırır ve yüksek reaktif yüzeylerini korur.

Bu yaklaşımı göstermek için, araştırmacılar sünger gibi gözenekli nanomalzemeler kullandılar, ancak diğer moleküllerin sığabileceği yerlerde 1 nm cepler kullandılar. Bununla birlikte, bir nano gözenekli konağın içine reaktif katalizörlerin yüklenmesi zordur çünkü çoğu zaman reaksiyon koşulları konuyu tahrip edebilir.

Benzer şekilde, bir malzeme küçük bir alanda sıkıştırıldığında, elektronları her zamanki gibi hareket etmekte özgür değildir ve malzemenin ışık

Nature Communications’da yayınlanan çalışma, bu sorunların üstesinden gelmek için termodinamik kullanan bir konsept göstermektedir. Araştırmacılar,

12

çeşitli reaksiyon koşulları altında konağın stabilitesini tahmin edebildiklerini anladılar.

Araştırma, Cambridge Üniversitesi, Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü (Çin Bilimler Akademisi), Singapur Ulusal Üniversitesi ve Yeni Güney Galler Üniversitesi ile yürütülmüştür.

Londra Kraliyet Mary Üniversitesi’nden baş araştırmacı Dr. Stoyan Smoukov, şöyle dedi: “Bu sistemdeki değişikliklerin diğer sistemlerde de görüldüğü gibi, sınırlandırmanın özellikleri değiştirebileceğine dair bazı fikirlerimiz vardı Araştırmacılar, termodinamik diyagramları kullanarak Pourbaix Enabled Guest Synthesis (PEGS) adlı bir konsept geliştirdi; burada şartlar ve öncü bileşikler, konakçıları yok etmeyecek şekilde seçilebilir. Çok çeşitli yeni konuk / konukçu kombinasyonu bileşiklerinin nasıl hazırlanacağını gösteren bir eğitim sistemi

içerirler.

Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü’nden (Çin Bilimler Akademisi) Profesör Qiang Fu, şunları ekledi: “Pratik bir bakış açısıyla, PEGS yaklaşımı, malzeme kimyasını, heterojen kataliz gibi uygulamalar için fonksiyonel malzemelerin tasarımına bağlar. Bu çalışmada PEGS yöntemiyle elde edilen sınırlı oksit nanoyapıları, gelişmiş oksit katalizörlerinin tasarımı için büyük öneme sahip olan gelişmiş katalitik performans gösterebilir. ” Önde gelen yazarlardan biri olan Cambridge Üniversitesi’nden Tiesheng Wang şunları söyledi: “Yaklaşan etki çok büyük olabilir. Kuantum teorisi, atomdan atomaltı skalalardaki doğayı tarif ettiğinden, küçük ölçeklerde yeni sınırlı durumların elde edilmesine yardımcı olan çalışma kuantum dünyasını deneysel olarak keşfetmek için vakfa katkıda bulunabilir. ”

Haberi Çeviren : Ömer Aksu

13

AĞIR METALLER

AĞIR METALLER VE CANLI ORGANİZMA ÜZERİNDE ETKİLERİ Antik çağlardan beri, metallerin cevherlerinin işlenmesiyle metaller, atmosfere, hidrosfere ve perosfere yayılmaya başlamışlardır. İnsanlar, uzun yıllar boyunca ağır metallerin etkilerini bilmeden takı, tesisat malzemesi, silah, mutfak malzemesi olarak kullanmışlardır. Sanayileşme ile birlikte ağır metal içeren kömürlerin yakılmaya başlanması ile endüstri bölgelerindeki ağır metal kirliliği aşırı boyutlara ulaşmış ve ağır metal kirliliğinden kaynaklanan ilk tanımlanan zehirlenmeler Japonya’da ortaya çıkmıştır. 1932'den itibaren, Japonya'da Chisso's kimyasalları tarafından cıva içeren lağım Minimata sahiline serbest bırakıldı.

Cıva deniz ürünlerinde birikti, daha sonra nüfusta cıva zehirlenmeleri gözlendi. 1952'de, cıva zehirlenmesinin ilk kanıtı Japonya'da Minimata nüfusunda ortaya çıkmıştır ve bunun nedeni cıva ile kirlenmiş balıkların tüketimiydi. 1950'lerde toplam 500 ölüm vakası kaydedildi. Ondan sonra; Japonya, endüstri toplumu en katı çevresel kanunlarını çıkardı ve hastalık da Minimata sendromu olarak tanımlandı.

Tanım olarak ağır metaller “nispeten yüksek yoğunluğa sahip ve düşük konsantrasyonlarda bile toksik veya zehirleyici olan metal” olarak bilinir. Bu yaygın kanıya, ağır metallerin belirli bir zaman aralığında canlı organizmada diğer metallere kıyasla akümülasyonunun (birikim) fazla olması ve bunun sonucu negatif etkinin giderek artması yol açmaktadır. Gerçekte ağır metal tanımı fiziksel özellik açısından yoğunluğu 5 g/cm3 ten daha yüksek olan metaller için kullanılır.

Metallere Maruz Kalma Yolları Birincil Maruziyet Yolları • Soluma • Yutma • Emilim

İkincil Maruziyet Yolları • Medikal implantlar • Cıva – Amalgam diş dolguları • Hemodiyaliz

Maruziyet Endüstri bakımından gelişmiş ve yüksek trafik yoğunluğu olan yerlerde hava yoluyla vücudun ağır metale maruz kalma ihtimali yüksektir. Ağır metallerin besin kaynaklarına kazara bulaşabilme ihtimali yanı sıra, toprak ve kayaçlarda As (arsenik) ve U (uranyum) gibi elementlerin bulunması o bölgede kullanılan kaynak sularına bulaşma riski taşır. Ayrıca deniz ürünleri ile beslenilen bölgelerde (yüksek cıva miktarından dolayı) ise metil cıva zehirlenmesinin gözlenmesi olasıdır.

Hava – Soluma Yoluyla Maruziyet Havada metal iki şekilde bulunabilir; bunlar aerosol ve metal buharı formlarıdır.

Ağır metallerin havaya karışma yolları; • Fosil yakıtların yanması: Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Pb • Klor alkali fabrikalar: Hg • Kömür kullanan termik santraller: Pb, Cd, Zn, As • Yağ kullanan termik santraller: V, Ni, Hg • Akü fabrikaları, metal dökümhaneleri: Pb, Cd • Kurşunlu benzin: Pb • Kurşunsuz benzin: Mn • Metallere uygulanan öğütme, cilalama gibi fiziksel işlemeler (Fe, Mn, Ni, Cr ve Mo) olarak sıralanabilir.

Besin Yolu ile Maruziyet Nüfusun büyük bir çoğunluğu ağır metallere besinler yoluyla maruz kalır. Metaller ve bileşikleri yer kabuğu içerisinde bulunduğundan dolayı, o bölgedeki doğal su ve besin kaynaklarında bulunabilir. Bu sebepledir ki jeolojik farklılık, ekoloji ve tarımsal uygulamalar, ağır metallerin canlılarda birikme miktarını belirler.

Absorbsiyon ve Birikme Ağır metaller vücuda; solunum, deri absorbsiyonu ve sindirim yolu ile girer. Solunum ve sindirim yolu ile vücuda giren ağır metal solunum yollarının duvarında

14

ya da gastrointestinal yolun mukozasında birikebilir. Biriken miktar aerosolün fiziksel karakterine ve kimyasal formuna bağlıdır. Biriken miktarın bir bölümü akciğerlerden ya da gastrointestinal duvarlardan dolaşım sistemine geçer.

Etkisel Olarak Ağır Metaller Ağır metaller, su ve hava ile yayılıp, doğrudan bitki ve hayvanları etkilemektedir. İnsanlar da hava, su ve beslenmeyle (bitki ve hayvan) bu döngüden paylarını alırlar. Bitkilerin yaşamaları için gerekli olan elementlere, “Bitki besin elementleri” denilmektedir. Bitki dokularının analizinde doğada bulunan tüm elementleri hemen hemen bulmak mümkündür.

Her ne kadar bitkilerin besin iyonları alımı seçici ise de, bitki bünyesine pasif yollarla geçebilen bazı ağır metaller, bitkilere alınarak besin zincirine dâhil olmaktadırlar. Bunun sonucu olarak bitkilere ve bitkilerle beslenen insan ve hayvanlara toksik etkiler yapabilmektedirler. Çünkü bitkiler yetiştikleri ortamda bulunan elementleri, kendileri için gerekli olsun veya olmasın az da olsa bünyelerine almaktadırlar.

Ancak bu elementlerden 16 tanesi (C, H, 0, N, P, K, S, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Cu, B, CI, ve Mo) bütün bitkiler için mutlak gerekli besin maddeleridir. Diğer 6 element (Co, AI, Na, Si, Ni ve V) ise sadece bazı bitkilere veya proseslere gerekli olduğu kabul edilen elementlerdir. Bu ağır metaller bitki dokularında birikerek gıda zinciri içerisinde hayvan yemi ve gıdalara girmektedir. Besin zinciri yoluyla yüksek dozda

alınan ağır metaller insan sağlığını da olumsuz yönde etkilemektedir. Örneğin; kurşunun fazlası kemiklerde birikerek, böbrek, beyin ve sinir sisteminin işlevinde tahribata neden olmakta, vücutta kadmiyum birikimi ise akciğer ve prostat kanserine kadar giden ciddi sorunları doğurmaktadır.

Altmıştan fazla element ağır metallere örnek olarak verilebilse de en sık rastlanan ve en çok tanınan Civa (Hg), Mangan (Mn), Demir (Fe), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Bakır (Cu), Çinko (Zn), Kadmiyum (Cd), Arsenik (As), Krom (Sn), Kurşun (Pb), Gümüş (Ag) ve Selenyum (Se)’u ağır metal olarak sayabiliriz.

Ağır metaller biyolojik süreçlere etki derecelerine göre yaşamsal (esansiyel) ve yaşamsal olmayan (non-esansiyel) olarak sınıflandırılırlar. Çoğunlukla enzimatik bir tepkimede kofaktör olarak rol oynayan, organizma yapısında belirli bir derişimde bulunması gerekli olan vitamin ve hormonların bileşenlerinde bulunanlar yaşamsal olarak sınıflandırılırlar. Ayrıca belirli bir derişimden (1-10 ppm) sonra toksik olarak etki gösterirler ( Fe, Cu, Zn, Ni ve Se). Buna karşın, yaşamsal olmayan ağır metaller (Hg, Cd ve Pb), başlangıç derişimlerinden itibaren toksik etki göstermekte ve çok düşük derişimlerde bile vücut homeoastazını etkileyerek sağlık problemlerine yol açabilmektedirler. Özellikle Hg ve Cd 0,001-0,1 ppm gibi çok düşük derişimlerde bile toksik olabilmektedirler.

ŞEKİL 1: Ağır Metallere Bağlı Olası Semptomlar Ağır metallerin vücutta oluşturacağı etkiler, ağır metalin derişimine bağlı olmanın yanısıra metal iyonunun yapısına, çözünürlük değerine, kimyasal yapısına, redoks ve kompleks oluşturma yeteneğine, vücuda alınış şekline ve çevrede bulunma sıklığına bağlıdır. Vücutta oluşturdukları toksik etkinin temel nedeni, hücre içi metabolik süreçlerde oluşturdukları bozukluklardır. Söz konusu bu bozukluklar; DNA

hasarı, oksidatif stresin artışına bağlı olarak oksidatif protein yıkımı, mitokondri hasarı ve apoptozisin indüklenmesi, otoimmün hastalıklar (ülseratif kolit, crohn hastalığı, romatizma vb.) organik hastalıklar (böbrek hastalığı, alerji, egzama, astım, vb) ve nörolojik bozuklukları sayabiliriz (depresyon, migren, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı). Ağır metallerin yarattığı bu sağlık problemlerinin çoğu

15

ileri derecede tanı ve tedavi olanakları gerektiren kronik hastalıklar ya da kanserlerdir. Çoğunda da tedavi imkânları kısıtlı olup sıklıkla ölüm gözlenebilmektedir. En fazla toksik etki gösteren ağır metallerin başında cıva, kurşun, kadmiyum ve bakır gelmektedir.

Cıva (Hg) Modern teknolojide özellikle plastiklerin üretiminde katalizör olarak, çeşitli ölçü ve kontrol aygıtlarında (barometre, termometre), elektrik ve çimento endüstrisinde, madencilikte, selüloz üretiminde, boya ve kâğıt sanayisinde ve diş tedavilerinde dolgu malzemesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.

Yaygın kullanımı sonucu çevresel kirlenmeye neden olan civa, insanların maruz kalma kaynakları ve yolları farklı olmaktadır. Balık tüketimi (metil cıva) veya amalgam dolgular aracılığı gibi farklı maruz kalma kaynağı ve yolu ile vücuda alınan cıva, insan sağlığını ciddi boyutlarda etkilemektedir. Civanın toksitesi kimyasal formuna bağlı olarak değişim gösterir. Cıva, metalik ya da elementel, inorganik ve organik olmak üzere 3 formda bulunur. Metalik cıva, başka elementlerle bileşik oluşturmamış, elementtir. Sıvı metal halde bulunur, suda çözünmemekle beraber, oda sıcaklığında oldukça toksik miktarlarda buharlaşabilmektedir. Cıva buharı monoatomik yapıda olup lipitte çözünebilir; bu nedenle organizmada % 80 oranında birikim olur. Metalik cıva vücuda alındığında kana karışarak beyin dâhil tüm dokulara kolayca ulaşır ve beyinde birikir. Metalik cıva buharı akciğerden hızla emilerek merkezi sinir sistemine dağılarak; aşırı sinirlilik, unutkanlık, güçsüzlük, görme bozuklukları, diş eti iltihabı, el, kol, bacaklar ve başta titremeler gibi merkezi sinir sistemi belirtilerinin gelişmesine neden olabilir. Daha ileri aşamalarda böbrek yetmezliği, periferal nöropati ve karaciğer işlev bozukluğu gözlenebilir. Cıvaya korunmasız dokunmak bile ciddi zehirlenmelere yol açabilir. Yüksek düzeylerde cıva, sinir sistemi, cilt, solunum sistemi, kardiyovasküler sisteminde işlev bozukluklara neden olabilir. Öldürücü doz (LD50: Lethal Dose) 10-60 mg/kg’dır.

civlerle beslenen kır sansarlarında 6 kat cıva birikimi saptanmıştır. İnorganik cıva bileşikleri, cıva tuzları olarak adlandırılmaktadır. İnorganik cıva doğada merkürik (divalan) ve merküröz (monovalan) olmak üzere iki çeşit tuz şeklinde bulunur. Bu tuzların en çok bilineni merkürik cıva olup, suda çözünürlüğü daha yüksek olduğu için daha toksiktir. Aynı zamanda son derece koroziv olup, ölümcül gastrointestinal erozyonuna neden olabilir. İnorganik cıva bileşikleri epitel hücreleri, kan hücreleri ve plazma proteinleri ile birleşerek organlarda, salgı bezlerinde ve merkezi sinir sisteminde birikebilir. İnorganik cıva tuzlarının lipitte çözünürlüğü düşük olduğu için plasenta ve kan beyin bariyerini kolayca geçemezler; ancak nörolojik hasara yol açabilirler. Akut ölümcül oral cıva klorür dozu yaklaşık 1-4 gramdır.

Organik cıva bileşikleri; metil, etil, fenil cıva gibi bileşiklerdir. Üç formun da emilim ve salınım değerleri, fiziksel ve kimyasal özellikleri ve dokulardaki dağılım ve birikim şekilleri farklıdır. Doğada en yaygın bulunan mikroorganizmalar tarafından ve doğal süreçlerde dönüşüme uğrayarak meydana gelen organik cıva bileşiği metil cıvadır. Metil cıva, biyolojik dönüşümlerin yanısıra, kimyasal olarak da inorganik civanın metillenmesi sonucunda elde edilmektedir.

Metil civanın hücre membranlarından geçerek canlı dokularda birikme kapasitesi vardır. Doğada en çok bulunan organik cıva bileşiği metil cıva olup, yağda depolanma özelliğine sahip bir nörotoksindir. Lipitte çözünürlük özelliği yüksek değildir ancak proteinlere güçlü sülfhidril bağları ile bağlanarak biyolojik dokularda birikime uğrar ve toksik etkiye sebep olmaktadır. Ayrıca metil cıva teratojendir. Plasentayı geçebilir ve anne sütünü etkileyebilir.

Yapılan çalışmalar balık, et ve bazı süt ürünlerinde yüksek düzeyde cıva bulunabildiğini göstermiştir.

Sanayi kuruluşlarının deniz sahillerinde yoğunlaşması, bu bölgelerde yaşayan balıkların dokusunda cıva düzeyinin artmasına neden olmuştur. Civanın bir canlıdan başka bir canlıya aktarılmasının incelendiği bir çalışmada, 8 ppm cıva püskürtülen tohumlarla beslenen civcivlerin kaslarında yaklaşık 2 kat cıva birikimi saptanırken, cıva ile kontamine olmuş civ-

16

ŞEKİL 2: Cıva Döngüsü

Kurşun (Pb) Biyokimyasal reaksiyonlarda yer almayan bir ağır metal ve nörotoksin olan ve insanlar tarafından binlerce yıldır bilinen ve kullanılan bir metaldir. Aynı zamanda endüstriyel olarak yaygın biçimde kullanılan kurşun, organik ve inorganik formda bulunur. İnsan sağlığını tehdit eden en önemli ağır metallerdendir. İnorganik kurşun, atmosferde partiküller halinde bulunurken organik kurşun uçucu olup, çoğunlukla gıda maddeleri ve içme suyuna karışmaktadır. Bu sebeple organik kurşun inorganik kurşuna göre canlı yaşamı daha fazla etkilemektedir. Gerek endüstriyel kullanımdaki yaygınlığı, gerekse de çevresel öğelerdeki yaygınlığı, kurşunu, çevresel ve mesleksel yönden önemli bir maruz kalma etkeni haline getirmektedir. Kurşuna maruz kalma çevresel ve endüstriyel yollarla gerçekleşmektedir. İnsanlarda günlük kurşun alımı 20-400 mg arasında değişmektedir.

Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü ile Dünya Sağlık Örgütünün işbirliği ile oluşturulan uzmanlar komitesi kurşun için geçici olarak tolere edilebilen haftalık alım miktarını (PTWI: Provisional Tolerable Weekly Intake) 3000 mg olarak belirlemiştir. Ancak, çocuklar için söz konusu bu miktarının yarısını güvenli sınır olarak kabul edilmiştir. Kurşunun majör emilim yolları gastrointestinal kanal ve solunum sistemidir. Gastrointestinal kanaldan emilim yaşla değişir, erişkinlerde ağızdan alınan kurşunun %10’u emilirken, çocuklarda bu oran %40’dır. Bunun yanı sıra kurşun emilimi deri yolu ile de gerçekleşebilir. İnsan vücuduna giren kurşunun %85-90’lık kısmı kanda eritrositlerin zarına bağlanarak, %1’i serbest, geri kalanı ise albümine bağlı olarak taşınır. İn-

halasyonla alınan kurşun partiküllerinin %90’ı emilir.

Vücuttan atılım hızı çok yavaş olan kurşun kanda 30 gün, kemiklerde 27 yılda atılır. Uzun süreli kurşuna maruziyette kalınması halinde ise vücutta depolanır. Öncelikle yumuşak dokularda ve parankimal organlarda dağılım gösterir. Esas yerleşim yeri kemikler ve dişlerdir. Yetişkinlerde birikmiş olan kurşunun yaklaşık %94’ü diş ve kemiklerde bulunur. Çevre kirliliğine neden olan kurşunun büyük bölümü motorlu araçlarda kullanılan benzinin yanması sonucu ortaya çıkan tetra etil kurşundan kaynaklanmaktadır.

Endüstriyel atıkların suyla taşınması sonucu deniz canlılarında kurşun bulaşmasına rastlanmaktadır.

Saçlar, kemikler ve dişlerdeki kurşun miktarı muhtemel kurşun zehirlenmeleri hakkında bilgi vermektedir. İnsanlarda kurşun zehirlenmesi sonucu oluşan akut zehirlenmelerde beyin hasarı ve ölüm, bebekler ve çocukların çok duyarlı olduğu kronik zehirlenme vakalarında ise küçük yaşta kurşuna maruz kalmada zekâ geriliği, öğrenme bozuklukları ve hiperaktivite ile kan basıncı yüksekliği, kronik anemi, periferik sinir hasarı görülebilmektedir.

Bakır(Cu) Çeşitli kaya ve minerallerde bol bulunan esansiyel mikro besin elementlerinden biridir. Hem prokaryot hem de ökaryotlardaki metabolik süreçlerin geniş bir yelpazesi için gereklidir. Oksijen taşıyıcıları (hemosiyanin) ya da redoks katalizörleri (sitokrom oksidaz, nitrat redüktaz) gibi işlevleri olan, bilenen en az 30 tane bakır içeren enzim vardır.

Bakır vücut işlevleri açısından önemli olmakla beraber özellikle saç, deri esnek kısımları, kemik ve bazı iç organların temel bileşenidir. Erişkin insanlarda or-

17

talama 50-120 mg bulunan bakır, aminoasitler, yağ asitleri ve vitaminlerin normal koşullarda metabolizmadaki tepkimelerin vazgeçilmez öğesidir. Metalloenzimlerin yapısında bulunan bakır, insan metabolizmasında biyokatalizör olarak pek çok işleve sahiptir.

Sitokrom c oksidaz, dopamin β-hidroksilaz, ürat oksidaz, süperoksit dismütaz, tirozinaz, amin oksidaz ve askorbik asit oksidaz bilinen bakır metalloenzimlerinin başlıcalarıdır. Demirin vücutta düzenli bir şekilde kullanılması için de gereklidir. Bakır olmazsa demir hemoglobine bağlanamaz. Bakır insan vücudunda tüm organ ve dokularda bulunmaktadır. Konsantrasyonları birkaç ppm’den 100 ppm’e kadar değişen miktarlarda bulunabilir. Karaciğerde yüksek derişimlerde bulunur. Ayrıca beyin, kalp, mide, bağırsağın çeşitli kısımlarında yüksek miktarda bulunur. Toksik bir madde olmasının yanı sıra esansiyel bir besin maddesi olan bakır ince bağırsaklardan emilir, emilen bakır serum albüminine ve aminoasitlere gevşek bir şekilde bağlanarak tüm vücuda dağılır. Bakır-albümin bakır-histidin kompleksleri halinde karaciğere gelen bakır, parankim hücrelerinde seruloplazmin sentezinde kullanılır. Memeli plazmasındaki bakırın yaklaşık %90’ ı bakır metalloproteini ve seruloplazmin formundadır. Akut bakır zehirlenmesi seyrek olarak gözlenir. Ağız yoluyla alındığında akut zehirlenme insanlarda, LD50, (Lethal Dose: Öldürücü Doz) 100 mg/ kg’dır, ancak 600 mg/kg’a kadar emilim olduğunda dahi tedavisi mümkündür. Bağırsaktan bakır emiliminde bir hata oluşursa “Menkes Sendromu” ortaya çıkar. Bu hastalıkta, plazmadaki bakır ve bakır oksidaz düzeyi düşüktür. Büyüme yavaşlar, vücut ısısı düşer, saçlar ağarır ve beyinde dejenerasyon meydana gelir. Bakır eksikliği kalp hastalığı riskini azaltır.

Bağırsaktan bakır emilimi artarsa “Wilson Hastalığı” görülür. Bakır, beyin ve karaciğerde birikir. Normalde dışkıyla ve çok azı idrar ile atılır.

Arsenik (As) Arsenik bileşikleri anorganik ve organik olmak üzere sınıflandırılabilirler. Karbon bağı bulunmayan arsenik bileşikleri anorganik arsenikler olarak tanımlanırken, yapısında karbon bağı bulunduran arsenik bileşikleri de organik arsenikler olarak bilinmektedir. İnorganik arsenik türleri arsenat ve arsenit, organik türlerinden bazıları ise metillenmiş türleri olan monometil arsenik asit ve dimetil arsinik asittir. Arsenit, arsenat, monometil arsonik asit (MMA) ve dimetil arsinik asit (DMA) sularda bulunan arsenik türleridir.

Arseniğin toksisitesi kimyasal yapısına bağlıdır ve genellikle çözünebilir inorganik arsenik türleri organik arsenik türlerine (MMA ve DMA gibi) göre daha toksiktir. Çünkü organik arsenik normal şartlarda

vücuttan kolayca atılır. Bunun yanı sıra arsenobetain ve arsenokolin gibi büyük molekül yapısına sahip arsenik türleri toksik değildir. Arsenik, vücuttaki fonksiyonel gruplar açısından geniş bir yelpazeyi hedefler ve dokuya, doza, maruz kalma süresine ve metabolizmasına bağlı olarak farklı biyolojik etkiler gösterir. Arsenik bileşiklerinin toksisitesinin meydana gelmesinde en önemli mekanizma, organizmada tiyol grubu içeren enzimlerin bloke edilmesidir. Arseniğin yüksek reaktifli trivalan formları, DNA onarım enzimleri ve antioksidan enzimleri gibi birçok enzimlerin (tiyoredoksin redüktaz, glutatyon peroksidaz vs.) sülfidril gruplarına bağlanarak bu enzimlerin inhibisyonu gerçekleştirirler. Düşük dozda bile arsenik oksidatif DNA hasarına ve lipid peroksidasyonu ile sonuçlanan reaktif oksijen ve nitrojen türlerinin oluşmasına sebep olur. Lipoik asitle birleşerek pirüvik asit metabolizmasını inhibe ederler. Bununla birlikte, giderek artan sayıdaki deneysel çalışmalar, arseniğin endokrin bozukluklarına, hücre döngüsü kinetiğinin değişimine, epigenetik etkilere ve transkripsiyon değişimine neden olduğu gösterilmiştir.

Ayrıca arsenik fizyolojik olarak iyodin, selenyum ve fosfor antagonisti etkisi de yapar. Ağızdan alınan arsenik 1 mg’dan itibaren insanda toksik belirtilere yol açar. İnsanda toksik dozu 10-50 mg, öldürücü doz (LD50: lethal doz) 60-200 mg’ dır.

Tarımda kullanılan ve arsenik içeren kimi pestisitlerin kullanımı son yıllarda yasaklanmış olmakla birlikte, gıda maddelerinin arsenik ile kontaminasyonunda önemli etkenlerdir. Arsenik ile kontamine sütten zehirlenen bebeklerde, karaciğer büyümesi ve kansızlık belirtileri, bazılarında deride kahve renkli pigmentler, tırnaklarda çizgiler ve anormal elektrokardiyogram saptanmıştır. Sudan zehirlenen yetişkinlerde deri dökülmesi, deride nasır şeklinde kalınlaşma, idrarda protein ve reflekslerde yavaşlama görülmüştür.

Bira zehirlenmelerinde, acı veren sinirsel krizler, kas zayıflığı, kol ve bacaklarda uyuşma, iştah kaybı, karaciğer rahatsızlığı, deride kahve renkli pigmentler ve deri altında aşırı derecede sıvı toplanması gözlenmiştir. Arsenik zehirlenmelerinde yutma güçlüğü, karın ağrısı, kusma, ishal, kas krampları, susuzluk hissi, koma ve ölüm görülmektedir. Arsenik özellikle saç ve tırnakta birikir ve deri, akciğer, mesane kanserine neden olabilir. Nefeste sarımsak kokusu, aşırı terleme, kas güçsüzlüğü, deride renk değişikliği, el ve ayaklarda duyu kaybı ile kendini belli eder.

Nikel (Ni) Bitkisel yağların hidrojenizasyonunda en önemli kontaminasyon kaynaklarından biridir. Ağız yoluyla

18

alınan nikelin büyük kısmı vücut tarafından absorplanmadan dışkı ile dışarı atılır, bir kısmı akciğer, bağırsak ve deri gibi dokularda birikebilir. Nikel organizmada ribonükleik asit gibi moleküllerle kuvvetlice bağlanabilir. Sistin, metiyonin ve histidin gibi aminoasitler, fosfolipidler, asetil Co A ve sitrik asit gibi komponentlerle birleşebilir. Alet ve ekipmanla beraber gıda maddelerine uygulanan bazı işlemler de nikel kontaminasyonu düzeyini etkilemektedir, örneğin, hububatın öğütülmesi veya tahılın parçalanması bu ürünlerin nikel içeriğini azaltırken, pişirme işlemi bu düzeyi artırmaktadır. Yapılan bir çalışmada bir saatlik pişirme sonrası çelikten gıda maddesine 0.13-0.22 ppb düzeyinde nikelin geçtiğini göstermiştir. Rusya'da nikel rafinasyon işçileri üzerinde yapılan bir çalışmada, mide ve akciğer kanserine yakalanma oranının yüksekliği dikkat çekicidir. Aynı sonuçlar İngiltere ve Japonya'daki rafinasyon işçileri üzerinde de saptanmıştır. Nikelin zehirleyici miktar olarak vücuda 7 ila 35 mg/kg alımı sonucu gözlenen akut sonuçlarına göre bulantı, kusma, ishal, nefes darlığı, karaciğer ve böbrek hasarı oluşabilmekte, kronik zehirlenme ile de alerjik reaksiyonlar oluşabilmektedir.

Kadmiyum (Cd) Birçok sanayi dalında kullanılıyor olup toprak, hava ve suyla gıda maddelerine bulaşma riskini arttırdığı ve kadmiyumun bazı gıdalarda yüksek düzeyde kontaminasyona neden olduğu birçok çalışmada gösterilmiştir. Kadmiyumun çinko ile birlikte galvanize çinko kaplı ambalajlarda kullanılması, bu tür ambalaj materyallerinin asitliği yüksek gıdalarda zehirlenme olayları oluşturduğu saptanmıştır. Gıdalarda bulunan organik asitlerin ambalaj duvarının yapısında bulunan kadmiyumun çözünürlüğünü artırdığı düşünülmektedir. Kadmiyumun vücuda alınma yollarından biri de içme sularıdır. Uzun süreli kadmiyuma maruz kalındığında en fazla etkilenecek organ böbreklerdir.

Yapılan araştırmalarda; böbrekte biriken kadmiyum konsantrasyonunun (yaş ağırlık üzerinden) 200 mg/ kg'a ulaşması durumunda, böbrek fonksiyonlarında bozulma olduğu tespit edilmiştir. Böbrekte oluşan hasarın tekrar geriye dönüşü mümkün değildir.

Akciğer ve prostat kanserlerinin oluşumunda kadmiyumun etkisi kesin olarak belirlenmiştir.

Kaynaklar • • Wıllıam S. Beckett, Gunnar F. Nordberg, And Thomas W. Clarkson., ‘Routes of Exposure, Dose, and Metabolism of Metals’., Handbook on the Toxicology of Metals., 2007 • • Poul Bjerregaard And Ole Andersen., ‘Ecotoxicology of Metals—Sources, Transport, and Effects in the Ecosystem’., Handbook on the Toxicology of Metals., 2007 • • George Kazantzıs., ‘Diagnosis and Treatment of Metal Poisoning—General Aspects’ Handbook on the Toxicology of Metals., 2007 • • Özbolat Gülüzar ve Tuli Abdullah., ‘Ağır Metal Toksisitesinin İnsan Sağlığına Etkileri’ Arşiv Kaynak Tarama Dergisi., 2016 • • Çağlarırmak Nejla ve Hepçimen Zeki., ‘Ağır Metal Toprak Kirliliğinin Gıda Zinciri ve İnsan Sağlığına Etkisi’., 2010

Petek Aksungur Kimyager (Lisans Öğrencisi) petekaksungur1425@gmail.com

19

RUS BİLİM İNSANLARININ TERMOELEKTRİK MALZEMELERİN ÜRETİMİNİ HIZLANDIRACAK YENİ KEŞFİ

Rus bilim insanları, yeni keşfettikleri bir yöntem ile 1 haftalık üretim sürecine sahip termoelektrik malzemeleri, 10 saat gibi kısa bir sürede üretebilecekler.

Termoelektrik malzemeler, ısıyı doğrudan elektrik enerjisine çevirirler. İki farklı kimyasal çeşitleri vardır, bu malzemeler ya alaşım ya da kimyasal bileşik olarak karşımıza çıkarlar. Geçtiğimiz yıllarda dillendirilen bir konu vardı hatırlarsınız, kanepelerin cep telefonlarımızı şarj edebileceği iddiası ortaya atılmıştı. Aslında bu iddianın temelinde yatan şey de buydu; termoelektrik malzemeler. Biz oturdukça sıcaklığı artan kanepe, oluşan ısı enerjisini elektriğe

çevirerek telefonların şarj edilmesini sağlayacaktı.

Termoelektrik malzemeler bilimsel alanda birçok yerde kullanıyor. Ancak üretim süreçleri bir haftadan uzun sürüyordu. Bu da bilim insanları için büyük zaman kaybı demekti. Rus ve Japon bilim insanlarının birlikte çalışmaları sonucunda keşfedilen bu yeni yöntem sayesinde, termoelektrik malzemelrin üretim süreci 10 saate düşürüldü. Bilim insanları bu tarihi keşfi, reaktif kıvılcım plazmalarının sinterlenmesi (RSPS) yöntemiyle yaptılar. 10 saat içerisinde üretilen yeni malzemelerin, eskikeriyle aynı kaliteye sahip olduğu belirtildi.

20

En iyi oxyselenid olan BiCuSeO (bizmut-bakır-selenyum-oksijen) alaşımının, bu yöntemle üretildiği zaman da herhangi bir kalite farkı olmadığı gören bilim insanları, amaçlarına ulaşmış oldular. Numuneler üreten bilim insanları, bu numunelerin yeni termoelektrik jeneratörlerin yapımında kullanılabileceğini

açıkladılar. Üretim yönteminin, bu yeni keşfedilen yönteme çevrilmeden önce bir dizi test yapılması da gerekiyor. Bu testlerin içeriğinde ise, RSPS yönteminin yeni üretilen termoelektrik malzemelere ne gibi bir etkinin yaptığının anlaşılması var.

21

DALIŞ KİMYASI

Scuba diving, Türkçesiyle aletli dalış su altında nefes almak için gerekli donanımların kullanıldığı dalış türüdür. Scuba anlamını aldığı İngilizce kelimelerin baş harflerinden şu şekilde oluşur, bağımsız su altı solunum cihazı, bir tüpte taşınan hava ve gazların ortam basıncına regüle edilerek solunmasını sağlayan sistemi tarif eder. İncelenilecek olan donanımlı bir dalışın sağlanmasındaki kimya içerikli proseslerdir.

Konuda temeli alan basınç faktörü, fizik ile de ortak bir incelemeyi içerir.

Suda yukarı ve aşağı gitmek bir asansörün iniş çıkışlarıyla eşdeğer değildir. Doğal atmosferik ortam elementlerimiz başlıca 21% oksijen (O2) ve 78% nitrojen (N2) inert gazıdır. Bunlarla birlikte çeşitli düşük oranlı gazlar ve su buharı içeren hava, büyük bir yanma destekçisidir. Yanma başlıca O2 destek-

lidir ve O2 arttıkça maddeler daha hızla ve sıcaklıkla yanar. Yüksek hızda ve sıcaklıkta yanma, patlama olarak tabir edilirken, su ortamındaki çok hızlı derinlik değiştirimi patlamayı tetikler ancak su yanmayı desteklemediği için yanma gerçekleşmeyecek ve basınç altındaki gazların etkisi görülecektir (barotravma).

1000 Feet (304.80 metre) yukarı-aşağı hareketi hava veya su ortamında almanın farkını basınç faktörü oluşturur. Havanın deniz seviyesinden başlayarak atmosfer sonuna kadar çıkan 1 inç karelik sütunu 14.7 pound (6.6 kg) olup 1 atm basınç oluşturur.

Bu zayıf bir kuvvet değildir ancak tek yönlü etkimeyerek her bir noktaya eşit dağılımı ve iç basıncımızla dengesi yeryüzünde bu kuvvetle yaşamı olağan kılar.

22

BASINÇ FAKTÖRÜ Deniz seviyesindeki açık hava basıncı 1 atm, 1 inç karelik (0.00064516 m2) yaklaşık 33 feet (10.06 m) derinlikteki su sütununun oluşturduğu basınca eşittir. Kısaca su ortamında her 33 feet için 1 atm basınç değerini kaydetmek mümkün. Suyun havaya göre fazla yoğunlukta olmasından kaynaklanan durum, dalgıçlara mutlak atmosferik 1 atm basınca ek, su ortamındaki her 33 feet derinliğinde kazandıkları ekstra 1 atm basıncın toplamının etkimesine sebep olur.

Atmosferik ortamda açık hava basıncının eşit dağılımına geri dönüldüğünde, aynı durumun su ortamında geçerli olmadığının, bir şnorkelin hayatta kalmaya yetmediği bilgisiyle anlaşıldığı görülür. Su altında solunum hava ortamıyla aynı çalışsaydı, Boyle yasası, Charles yasası, Dalton yasası ve Henry yasası ihtiyaç dahilinde olmazdı. Fakat su altında, fiziksel kimya kanunları havada olduğu gibi bizim için değil, bize karşı da çalışıyorlar. Suda su solumayı plan-

lamadığınız sürece doğal elementinizin dışındasınız demektir. Karada üzerimize etkiyen hava basıncı iç basıncımıza eşittir, bu ortalama bir insana etkiyen yaklaşık 150 000 N kuvvet ile bedenin bir kağıt gibi ezilmesini engeller. Suda ise dış basınç eşitleyemediğimiz sürece, içimizdeki basınçtan daha büyük olacaktır ve bu bağlamda bazı negatif sonuçlar da bizi iki boyutlu hale getirmek isteyen kuvvet sebebiyle görülür.

Dalışta akciğer dışı basıncın akciğer içi basınçtan hızla artışı dalgıcın nefesini tutmasıyla tetiklenerek içe çökmeye sebep olabilir. Yükselme durumunda ise nefes tutmak akciğer iç basıncını artırırken düşen dış basınç da etkisiyle alveollerde patlamaya sebep olabilir. Durum altın bir dalış kuralıyla ifade edilir “Asla nefesinizi tutmayın”. Onun dış basınçla kendi dengesini oluşturması için dalış sırasında, hava artan basınç altında zorlanarak akciğer iç basıncı artırılmalı ve yükseliş zamanında da akciğerlere olabildiğince boşaltma çağrısı yapılmalıdır.

BU BAĞLAMDA GAZ YASALARI Sabit bir sıcaklıkta belirli miktardaki ideal gaz kütlesinin hacmi, basınçla ters orantılıdır (pv = sabit, n ve T sabit).

Bunu dalışın kimyasına entegre ettiğimizde şöyle bir tespit yapılabilir. 99 Feet’de (30.17 m) nefesini tutup yüzeye çıkan dalgıcın akciğerlerindeki havanın hacmi 4 katına çıkacaktır, her 33 feet derinlikte mutlak basınca ek kazanılan 1 atm’lik basınç, durumu informe eder. Akciğerlerde yırtılma sonucuna vardığında hava embolisi adını alır. Karşıt durum olarak yüzeyden 99 Feet dalış ile akciğer hacminin 4 kat düşeceği kanısına da ulaşılabilir. Bu ani hacim kaybı akciğer sönmesi -Pnömotoraks- adını alır.

Sıcaklık etkilerini Boyle yasasına eklediğimizde, Charles yasasına varacağız. Yasa madde miktarları ve basınçları aynı olan tüm ideal gazların sıcaklıklarının eşit ölçüde değiştirilmesi için ısıtma veya soğutma sırasında hacimlerinin de eşit ölçüde değiştirilmesi gerektiğini söyler. Özel olarak, hacim ilk değerinin 1/273.15’i kadar değiştirilirse sıcaklıktaki değişme 1OC olarak tanımlanır.

Basınç, hacim ve sıcaklık arasındaki ilişki gazlar için yeterince kavrandığına göre ideal gaz denkleminde bir buluşma sağlayabiliriz (p1v1/T1= p2v2/T2). Ulaşmak istediğimiz noktaya bizi götürecek bir diğer aşamayı Dalton kısmi basınçlar yasası oluşturuyor ve şöyle söylüyor “Bir gaz karışımında gazlardan birinin kısmi basıncı, karşımın toplam basıncı ile o gazın mol kesrinin çarpımına, toplam basınç ise kısmi basınçların toplamına eşittir.”

Son olarak Henry yasası “Bir sıvı içinde belirli bir sıcaklıkta çözünecek gaz miktarı, gazın kısmi basıncı ile doğru orantılıdır” der. Bu bağlamda Henry yasası, kanımızda çözünecek N2 ve O2 miktarının bulunduğumuz derinliğe göre ne kadar olacağını ve o derinlikte ne kadar solunum sürdürebileceğimizi bize dalış kimyasında açıklamaya aracıdır.

23

Kısaca artan basıncın kan plazmasında gaz çözünürlüğünü artırdığına ulaşarak şu ifade verilebilir, ortalama bir erkek karada yaklaşık 1 litre çözünmüş N2’yi soluduğu havadan alarak kanında bulunduruyorken, 5 atm’lik basınca maruz kaldığı dalışta yeterli zaman içinde kanındaki çözünmüş N2 miktarı 5 litreye çıkacaktır.

Dalış ile artan basıncın vücutta azot konsantrasyonunu artırması, solunum gazlarının sıkışmasına ve gerekenden daha fazla miktarda dokularda gaz

Hiperbarik oksijen tedavisi ile solunan oksijenin kısmi basıncı ve plazmada çözünen oksijen miktarı artırılır.

Ayrıca hiperbarik oksijen tedavisi sürecinde saf oksijen solunması etkileri hafifletmekle beraber oksijenin yüksek basınçlarda beyinde toksisite oluşturduğu görülür. Toksik etki 1.4 atm üzeri oksijen kısmi basıncında söz konusu olup normal durumda oksijenin kısmi basıncının 0.21 atm olduğunu belirtelim.

Problemin çözümü helyum ve oksijen karışımı içeren hava tankları ile sağlanabilir.

çözünmesine sebep olurken derin dalıştan sonra hızlı bir çıkış basıncın ani düşüşüyle dekompresyon -vurgun- geçirmeye sebep olur. Dekompresyonun önlenmesi yüzeye çok yavaş bir çıkışı gerektirir. Hafif durumlarda baş dönmesi, kusma ve eklem ağrısıyla görülebileceği gibi ağır vakalarda geçici felçler ve farklı nörolojik semptomlar da seyredebilir. Bu belirtiler büyük azot gazı kabarcıklarının kılcal damarlar ve atardamarlarda oksijen kaynağını kesen tıkamaları nedeniyle oluşur.

basınç, hacim ve sıcaklık değişkenleri ile ilgisi, yani Boyle, Charles, Dalton ve Henry gaz yasalarıyla kontrollü bir açıklaması vardır. Göz önüne alınmadığı takdirde bu kimya gerçekleri dalgıçlar için hava embolisi, pnömotoraks ve dekompresyon gibi çok ciddi sağlık sorunlarına yol açabilir.

Ayrıca azot narkozu olarak adlandırılan bir durum da söz konusudur, 100 feet altındaki dalışlarda hava solunması vücutta artan azot konsantrasyonuyla beraber azotun basınç altındaki anestezik kalitesiyle sarhoşluk benzeri bir etkiye yol açar.

Anlatılanlar üzere, bir dalgıcın ulaştığı derinliklerin

24

Kaynaklar • http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2001/meeraus/unequalpressures.html • https://www.chem.uwec.edu/Chem405_s01/peterson/scuba.htm • http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/gases.html

Elif Berfin Kavak Kimya Mühendisi (Lisans Öğrencisi) elifkavak99@gmail.com

25

GİYİLEBİLİR TEKSTİL ÜRETİMİNDE KULLANILABİLECEK İLK ÖLÇEKLENDİRİLEBİLİR GRAFEN İPLİKLER

Fotoğraf: Grafen, yüksek iletkenlik ve esneklik özellikleri sayesinde sağlık, spor giyim ve fitness alanındaki uygulamaları için oldukça büyük potansiyel taşıyor.

The University of Manchester’dan Dr Nazmul Karim ve Prof Sir Kostya Novoselov tarafından yönetilen ekipte yer alan araştırmacılar yüksek ölçekli grafen iplik üretim yöntemi geliştirmeyi başardılar. Çok fonksiyonlu giyilebilir e-tekstiller; sağlık, spor giyim, fitness ve uzay uygulamaları konusunda büyük bir potansiyele sahip olmaları nedeniyle dikkatleri üzerine çekiyor. Grafen yüksek iletkenliği ve esnekliği sayesinde bu uygulamalar için en uygun malzeme adayı olarak görülüyor. Her bir grafen atomunun etrafındaki değişiklikleri sezebilme kabiliyeti, grafeni sensör uygulamaları için ideal bir malzeme haline getiriyor. Geçtiğimiz yıllarda kablosuz sistemlerdeki ardı ardına gelen inovasyonlar ve minyatürleşme

sayesinde akıllı giysilerde Rönesans yaşanıyor.

Tekstil tabanlı sensörleri giysilere entegre edebilmek için çok çaba gösterilse de; mevcut üretim sistemlerinin karmaşık, yüksek maliyetli ve zamana alıcı olması, kullanılan malzemelerin biyobozunur olmaması ve kararsız metalik iletkenlerin kullanılması gerekmesi gibi sebeplerden ötürü ciddi bir yol alınamıyor.

National Graphene Institute tarafından geliştirilen yöntemde, mevcut tekstil makineleri kullanılarak tonlarca iletken grafen tabanlı iplik üretilmesi mümkün olabilecek. Yüksek miktarlarda iplik üretebilmenin yanı sıra, yıkanabilir, esnek, düşük maliyetli ve biyobozunur iplikler elde edilecek.

Bu sensörler, kendi kendine enerji veren RFID veya düşük enerji gerektiren Bluetooth sistemlerinden birisi aracılığı ile mobil cihazlarla kablosuz iletişim kurabilir. Dr Nazmul Karim “Yüksek miktarda ve hız-

26

da grafen tabanlı tekstil malzemesi üretimi yapabiliyor olmanın yeni nesil yüksek performanslı giysilere ulaşmada önemli bir adım olduğunu düşünüyoruz” diyor.

Giyilebilir e-tekstillerin önündeki en büyük handikaplardan birisi de sistemlere enerji vermek için oldukça hacimli enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulması. Daha önceleri, bu parçaları rahatlıktan ödün vermeden malzemeye entegre etmek mümkün görünmüyordu. Bu durum fitness saatleri gibi akıllı cihazların yükselişe geçmesini sağlamıştı.

Bu projede doktorasını tamamlayan Dr Shaila Afroj “Grafen gibi yeni ve heyecan verci bir malzemenin tekstil gibi uzun süredir geleneksel ilerlemiş ve kuralları oturmuş bir endüstriye uygun şekilde ölçeklen-

direbilmek en büyük meydan okumaydı” diyor. “Biz bu projede grafen malzemeleri ve grafen tabanlı tekstil ürünlerini hızlı bir üretim sistemi ile hayata geçirdik. Raporladığımız bu teknoloji bin kilogram grafen tabanlı ipliği 1 saatte üretebiliyor ve bu tekstil sektörü için gerçekten çığır açıcı”.

Dr Nazmul Karim; yüksek performanslı giyim ürünlerinin şu sıralar bir dönüşüm halinde olduğunu belirtiyor. “Tekstil çevrelerinde, grafenin mükemmel ve çok yönlü özelliklerini akıllı ve fonksiyonel giyim ürünlerinde kullanımı konusu çok ilgi çekiyor. Grafen bazlı tekstillerin üretimi için geliştirdiğimiz çok hızlı yöntemin gelecek nesil yüksek performanslı giysilerin hayata geçmesi yönünde çok önemli bir adım olduğuna inanıyoruz”.

Haberi Çeviren : Melike Oya Kader

27

FOTOKATALİTİK SU ARITIMI

Su, vücudumuzun en temel ihtiyacı olmakla beraber vücudumuzda en çok bol bulunan moleküldür. Yaşa göre vücudumuzdaki su oranı değişir, ancak genel bir değerlendirme yaparsak vücudumuzun %65’inin

sudan oluştuğunu söyleyebiliriz. Sıradan bir insan susuz yaklaşık 3 gün yaşayabilir fakat bazı durumlarda 8 ila 10 gün arasında dayanan insanlar görülmüştür.

[1]

Peki bizim için bu denli önemli olan bu maddenin nasıl arıtıldığını hiç düşündünüz mü?

Bir çok su arıtım yöntemi mevcut, ancak bu yazımızda fotokatalitik su arıtım yöntemi üzerinde konuşacağız. Öncelikle fotokatalizin ne olduğuyla başlay-

alım. Fotokataliz, en genel tabiriy ile ışık sayesinde tepkimelerin daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan olaydır.

28

Baryum Nasıl Bir Elementir?

Baryum (Ba) suda yüksek çözünürlüğü olan bir elementtir. Bu element oldukça toksiktir ve insanın Ba'ya maruz kalması kalp ve böbrek yetmezliği, akciğer ödemi, solunum felci, mide ve bağırsak kanaması gibi çeşitli sağlık sorunlarına neden olabilir.

Baryum; kimyasal, petrokimya, otomotiv, metalurji ve endüstriyel proseslerin endüstriyel atıklarında da bulunur.

Baryum Giderimi ile Foto Katalitik Su Arıtımı Literatürde Ba'nin kirletici potansiyeli ile ilgili az sayıda çalışma vardır, ancak endüstriyel proseslerde Ba'nın yeni ve artan uygulamaları nedeniyle, insanların bu elemente maruz kaldıkları sürede bir artış olmuştur. Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı, su örneklerinde 2,0 mg/ L - 1 (ppm) için

maksimum limit konsantrasyonu belirledi. Brezilya Sağlık Bakanlığı içme suyunda 0,7 mg/L Ba oranı belirledi. Bu bağlamda, heterojen fotokataliz, farklı matrislerdeki organik ve inorganik kirleticilerin uzaklaştırılmasındaki potansiyel uygulamasından dolayı büyük ilgi uyandırmıştır.

Titanyum dioksit ile fotokatalitik su arıtımı Titanyum dioksit (TiO2), aşındırıcı, toksik olmayan, yüksek foto-aktivite, yüksek foto-stabilite ve ekonomik yapısından dolayı fotokatalitik proseslerde katalizör olarak kullanılan yarı iletkenlerden biridir. Titanyum dioksit üç farklı polimorfta oluşur: rutil, anataz ve brookite.

Anataz ve rutil kristal yapılarından kaynaklı yaygın kullanılan fotokatalizördür, fakat çoğu reaksiyon için daha büyük fotokatalitik aktivite gösterdiği için anataz formları daha çok kullanılır.

Anataz formunda, TiO2 3.2 eV'lik bant aralığı enerjisine sahiptir ve bu nedenle elektron-delik çiftleri üretebilmek için 388 nm'nin altındaki ışığa ihtiyaç duyar.

Bununla birlikte, çinko oksit (ZnO) ve niobium pentaoksit (Nb2O5) gibi diğer yarı iletkenler, fotokatalitik işlemlerde katalizör olarak çeşitli bileşiklerin uzaklaştırılması için kullanılmıştır. Bu bileşikler fotokatalitik reaksiyonu süresine etki eder.

Şekil 1: Değerlendirilen katalizörlerin kırınım grafikleri; (*) Ti02 anatazı; (♦) Ti02 rutil; (•) ZnO Zincite; (▯) Amonyum Niyobyum ve (Δ) Lityum Niyobyum.

29

Çinko Dioksit ile Fotokatalitik Su Arıtımı Çinko dioksit üç şekilde kristalleşir: altıgen wurtzite, kübik "çinkoblenit" ve kaya tuzu şeklinde. Wurtzite yapısı çevre koşullarında ve dolayısıyla en yaygın olarak bulunduğu ZnO formunda daha kararlıdır. Bu oksit, yüksek fotokatalitik aktivitesi, yaklaşık bant aralığı enerjisi (3.4 eV) ve Ti02 ile karşılaştırıldığında

benzer fotokatalitik reaksiyon mekanizması nedeniyle uygun bir yarı iletkendir. [2]

Çinko oksit ve Ti02 karşılık gelen iletkenlik ve dengeleme bantları için farklı redoks enerji seviyelerine sahiptir. Çinko oksit ayrıca en kapsamlı araştırılan fotokatalizörlerden biridir. Ayrıca; yüksek katalizör verimi, düşük maliyet, toksik olmama ve kimyasal stabiliteye sahiptir.

yoelektrokimya alanlarında büyük ölçüde çalışılmalar yapılmıştır. Bu katalizör, tekstil endüstrisinde boya fotodegradasyonu için uygulanmıştır. Bu nedenle, bu çalışma, Ba (II) 'nin sulu çözeltilerde indirgenmesi ve daha sonra uzaklaştırılması için fotokatalitik işlemlerin kullanılmasını önermektedir.

Bazı çalışmalar, ZnO'nun boya foto parçalanması için bir foto katalizör olarak kullanıldığını göstermektedir. Bir tip geçiş metal oksit ile yarı iletken olarak Niobium pentoksit, sensörler, elektrokromik ve bi-

Bilimle, azimle daha az kirliliğe gözlerimizi açmamız ve yarınlarımıza daha yaşanılabilir bir dünya bıraktığımız dileğimle. Bilimle kalın, bizimle kalın…

Fotokatalitik reaksiyon süresine etki eden bazı parametreler grafiksel olarak gösterilmiştir.

Kaynaklar • [1] http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr • [2] Journal of Water Process Engineering Volume 22, April 2018, Pages 163-171

Rabiye Baştürk Kimya Mühendisi (Lisans Öğrencisi) odtulurabiya@hotmail.com

30

GRAFENDEN BİLE DAHA GÜÇLÜ YENİ MUCİZEVİ MATERYAL: BOROFEN

Grafenden daha güçlü ve esnek iki boyutlu materyal borofen üretildi. Brofoenin sensörler, bataryalar ve katalitik kimyada çığır açması bekleniyor.

Kısa bir süre öncesine kadar süper-güçlü, tek atom inceliğindeki karbon malzeme grafene mucize gözüyle bakılıyordu. Borular, toplar ve diğer şekiller oluşturulabilen bu malzeme, elektrik iletme özelliğine de sahip. Bu nedenle de materyal geliştirmeye kendini adamış olan bilim insanları grafeni el üstünde tuttu. Avrupa Birliği, bu malzeme üzerine oluşacak endüstrinin kurulabilmesi için 1 milyar euroluk kaynak ayırdı.

Grafen tabanlı projeler hayata geçmeden önce araştırmacılar, diğer atomlarla da benzer bir yapı oluşturup oluşturamayacaklarını denemeye başladılar. Denenen farklı malzemelerden en çok ilgi çekeni ise, tek atom kalınlığındaki katmanında farklı kristal yapılar oluşturabilen ve bordan yapılan borofen oldu.

Borofenin bu kadar öne çıkmasının sebebi ise geniş kullanım alanları oldu. Elektrokimyacılar, borofenin yeni nesil, daha güçlü lityum-iyon bataryalarda anot görevi görebileceğini düşünüyor. Kimyacılar ise katalizör olarak becerilerine hayran kalmış durumda. İlk olarak 2015 yılında özel bir yöntemle sentezlenebilen borofende bulunan bor atomları, 4’lü veya 5’li olarak bağlanarak özel desenler oluşturuyor. Bu sayede de kendine has özellikler kazanıyor.

Borofen öncelikle grafenden daha esnek, daha güçlü olmasıyla öne çıkıyor. Hem elektrik hem de ısı iletiminde oldukça kullanışlı olan malzeme ile süperiletim de mümkün oluyor. Aynı zamanda da hafif ve oldukça reaktif. Böylece elektron depolamak gibi işlemler için kullanılabiliyor. Bu da onu özellikle lityum, sodyum ve magnezyum iyon bataryaları için oldukça işlevli bir anot haline getiriyor.

31

Borofen aynı zamanda hidrojen yakalama ve tutma konusunda da en iyi performans veren materyal olarak göze çarpıyor. Ağırlığının yüzde 15’ine kadar hidrojen tutabilen malzeme, bu alanda kullanılmaya gayet uygun. Borofen aynı zamanda katalizör olarak da kullanılarak hidrojen atomlarını hidrojen iyonlarına çevirmeyi sağlıyor. Bu da su tabanlı enerji sistemleri için yeni bir çağın başlamasını sağlayabilir.

Araştırmacıların borofen ile daha çok araştırma yapması gerekiyor. Reaktif olması demek ayrıca paslanmaya da açık olması demek, bu sebeple malzemenin dikkatle korunması gerekiyor. Bir diğer sorun da bu materyalin sadece küçük boyutlarda üretilmesi ve büyük boyutlarda üretiminin pahalı olması.

32

TÜRK BİLİMCİLERİN SON İCADI TERMAL KAMUFLAJ

Termal kameralar gözün göremediği kızılötesi ışınları yani ısıyı algılayarak karanlıkta bile görmeyi sağlayan birçok avantaj sunan teknolojilerden biridir.Türk bilim insanlarının önderliğinde gelişen proje kapsamında termal kameralar etkisiz hale getirilmektedir. İngiltere’deki Manchester Üniversitesi’nden Dr. Coşkun Kocabaş ve ekibi, bulunduğu ortamın sıcaklığına uyum sağlayarak termal kameralar için görünmez olabilen bir nesne geliştirdi. Kağıt inceliğinde olan ve elektrik kullanılarak meydana getirilen bu levha, elektromanyetik dalgaları emen ancak yansıtmayan bir materyalden oluşmaktadır. Ekibin geliştirdiği inovatif sistem, gece görüşlü dürbünlerin ve ısı kameralarının tespit edemediği bir kamuflaj yöntemine zemin hazırlamaktadır.

Geliştirilen kamuflaj sistemi, gözenekli bir polietilen (PE) membran ve bir arka altın-elektrot üzerinde çok tabakalı grafen elektrottan oluşmaktadır.

Çok katmanlı grafenler kimyasal buhar biriktirme yöntemi kullanarak nikel folyolar üzerinde sentezlenmiştir. Elektrotlar arasındaki katman, pozitif ve negatif yüklü iyonları içeren iyonik bir sıvı ile ıslatılmış bir zardır. Küçük bir voltaj uygulandığında, iyonlar grafenin içerisine girerek, kamuflaj yüzeyinden kızılötesi radyasyon emisyonunu azaltır.

Sistem ince, hafif ve nesnelerin etrafında bükülebilmesi kolay bir materyaldir. Ekip, bir kişinin elini termal olarak kamufle edebileceğini göstermiş ve metaryali hem sıcak hem de daha serin ortamlarda çevreden termal olarak ayırt edilemez hale getirmeyi başarmıştır.

Termal radyasyonun sıcak bir cisimden kontrol edebilme yeteneği hem bilimsel hem de teknolojik öneme sahiptir. Grafen, elektromanyetik radyasyonu, görünürden mikrodalga frekanslarına kadar çok geniş bir spektral aralıkta kontrol etmek için yeni bakış açıları sağlar. Grafenin optik absorpsi-

33

yonu, Pauli blokajı nedeniyle elektrostatik geçitleme ile ayarlanabilir. Her ne kadar grafenin optik tepkisi yoğun bir şekilde çalışılsa da termal radyasyonun dinamik kontrolü için grafen kullanımı, orta IR bölgesindeki küçük optik absorpsiyon nedeniyle keşfedilmemiş kalmıştır. Bu çalışmada, IR bölgesinde

belirgin ayarlanabilir optik absorpsiyon sağlayan çok katmanlı grafen kullanan yeni bir aktif termal yüzey sınıfı geliştirilmiştir. Termal radyasyon, en üst yüzeyden kaynaklandığı için, üstten geçiş veya elektrolit geçiş planları, termal radyasyonun kontrolü için uygun değildir.

Sonuç olarak, tam infrared spektrumdaki termal emisyonlarının gerçek zamanlı elektriksel kontrolünü yapabilen yeni bir aktif termal yüzey sınıfı geliştirilerek, sıcak yüzeyleri gizleyebilen adaptif kamuflaj sistemleri oluşturulmuştur.Aktif yüzeyler esnektir ve bunlar yumuşak robotik sistemler gibi düzlemsel olmayan yüzeylerle entegre edilebilir.Bu cihazları gerilmiş elastomerler üzerinde imal etmek, gerilebilir kamuflaj cihazları için olanaklar sağlayabilir. Ayrıca, bu cihazlar, X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak interkalasyon işlemini izlememizi sağlayan iyonik sıvıların düşük buhar basıncı nedeniyle yüksek sıcaklıklarda ve yüksek vakum koşullarında çalışabilir. Sonuçlar, yalnızca termal kamuflaj için değil, aynı zamanda adaptif IR optiği ve uydular için, adaptif ısı kalkanları için yeni teknolojilere olanak tanıyan adap-

tif termal yönetimin gerçekleştirilmesi için önemli bir adımdır.

Bu gelişmeler sonucunda araştırmalarını yürüten Türk bilim insanları önderliğinde oluşan ekibe teşekkür ederek başarılarının devamını diliyoruz.

34

Kaynaklar • https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b01746 • https://www.theguardian.com/

Hilal Kök Kimyager (Lisans Öğrencisi) hilal.kok@hacettepe.edu.tr

35

DOĞRUDAN TÜMÖRÜ HEDEFLEYEN İLAÇ GELİŞTİRDİLER

Boğaziçi Üniversitesi Kimya Bölümü Başkanı Prof.

Dr. Rana Sanyal, geliştirdikleri yeni ilaç ile ilgili konuştu: İlaç taşıyıcı platformumuz üzerinde bir hedefleme grubu var. Böylece ilaç tümöre yönlendiriliyor. İlaç, etken madde ve taşıyıcı arasındaki özel bağ sayesinde tümöre ulaşmadan önce serbest kalmıyor ve sağlıklı hücreleri öldürmüyor. Kısaca, tedavi sırasında yan etkilerin azaltılmasını, etkinliğin artmasını sağlıyor.

Kanser tedavisinin hastalarda meydana getirdiği yan etkileri azaltmak için doğrudan tümörü hedefleyen bir ilaç geliştiren Boğaziçi Üniversitesi Kimya Bölümü Başkanı ve Yaşam Bilimleri ve Teknolojileri Merkezi Direktörü Prof. Dr. Rana Sanyal, ilacın tüm dünyadaki kanser hastalarına şifa olmasını hedefliyor.

Prof. Dr. Sanyal, tümörlü hücreleri hedef alan ve tedavinin yan etkileri açısından olumlu sonuçlar veren yerli ve milli bir kanser ilacı geliştiriyor.

Türkiye’de sıfırdan geliştirdiği, bütün fikri hakları ülkeye ait ve laboratuvar aşamasında olan ilacın klinik çalışmalarına devam etmek için Sağlık Bakan-

lığı Türkiye İlaç ve Tıbbi Kurumu’na başvuran Sanyal, olumlu karşılanan talebinin ardından, çalışmaları bu yıl içerisinde başlatacak. İlacın geliştirme çalışmalarında ise Sanyal’ın kurucu ortağı olduğu bilimsel araştırmalar yürüten biyoteknoloji şirketinden 10 kişilik çekirdek ekibin yanı sıra Boğaziçi Üniversitesi Yaşam Bilimleri ve Teknolojileri Merkezi altyapısı ve uzmanları ile bilimsel danışma kurulu yer alıyor.

Yan Etkilerin Azaltılmasını Sağlıyor Geliştirdikleri kanser ilacına ilişkin AA muhabirinin sorularını yanıtlayan Sanyal, klasik kemoterapinin tümörü öldürmeyi başarabildiğini ancak fazla toksik olduğu için yan etkileri nedeniyle dozun istendiği kadar artırılamadığını söyledi. Prof. Dr. Sanyal, mono klonal antikorlarla (biyoteknolojik ilaçlar) ise hassas bir hedefleme yapılabildiğini ancak yeterince toksik olmadıkları için tedavinin tümörü etkin bir

36

şekilde yok edemediğini belirtti.

Prof. Dr. Sanyal, kansere karşı polimer teknolojisiyle hazırlanan inovatif bir ilaç teknolojisi geliştirdiklerini aktararak, “İlaç taşıyıcı platformumuz üzerinde bir hedefleme grubu var. Böylece, ilaç tümöre yönlendiriliyor. İlaç etken madde ve taşıyıcı arasındaki özel bağ sayesinde tümöre ulaşmadan önce serbest kalmıyor ve sağlıklı hücreleri öldürmüyor. Kısaca, tedavi sırasında yan etkilerin azaltılmasını, etkinliğin artmasını sağlıyor.” diye konuştu.

“Bahsetmiş olduğumuz taşıyıcı ile yapmış olduğumuz tüm çalışmalar dünyada bir ilk.” diyen Sanyal, hem laboratuvar hem de preklinik aşamada yer alan ilaç adayı molekülleri klinik faza taşıyabilmeyi hedeflediklerini anlattı. Bu kapsamda, Sağlık Bakanlığı Türkiye İlaç ve Tıbbi Cihaz Kurumu’na başvurularının onaylandığını kaydeden Sanyal, “Kurum, tüm araştırma aşamaları Türkiye’de gerçekleştirilerek fikri hakları ülkeye ait olan bir ilaç adayı için ilk izni verdi.

Bu iznin alanda çalışan tüm araştırmacılara yapılabilirliği gösterdiği için motivasyon kaynağı olmasını diliyorum. Klinik çalışmaya yönelik hazırlıklarımız ise devam ediyor.” dedi.

Geliştirdiğimiz Moleküller, Tüm Dünyada Kullanılabilecek Şekilde Tasarlanıyor Kemoterapi ilaçlarının hızlı üreyen hücreleri öldürmeyi hedeflediğini belirten Sanyal, “Çünkü tümör gerçekten çok hızlı ürüyor. Ancak hızlı üreyen hücreler sadece tümörden ibaret değil. Kemik iliğimiz de çok hızlı ürüyor, devamlı akyuvar ve alyuvar üretiyor. Ağız içi ve mide içi mukozamız da çok hızlı bir şekilde yenileniyor. Bu nedenle, kemoterapi hastaları için ağız içi yaraları en önemli şikayetlerden birisi. Örneğin, bu ilaç kemik iliğinizde aktive olmadığı için kemik iliği depresyonuna neden olmayacak, buna bağlı yan etkiler görülmeyecek. Biz, ilacın etkilerinin tüm vücutta görülmesini engellemeyi hedefliyoruz.” şeklinde konuştu.

Prof. Dr. Sanyal, ürettikleri ilacın dünya çapında kullanılma olasılığına ilişkin ise “Kanser konusunda hem hekimler hem de ilaç geliştiriciler mümkün mertebe uluslararası iş birliği içinde hareket ediyor.

El birliğiyle akademiyi, sanayiyi, devlet kurumlarını, danışmanları, uluslararası bağlantıları bir araya getiren her fırsat ve platforma önem veriyoruz.

Ancak ilaçların hangi ülkelerde kullanılacağı konusu o ülkelerin sağlık bakanlıklarının onaylarına bağlı.

Bizim geliştirdiğimiz ilaç adayları, tüm dünyada kullanılabilecek şekilde tasarlanıyor. Biz de uzak yakın demeden herkesin ilacımızı kullanabileceği bir dünya düşlüyoruz.” değerlendirmesinde bulundu. İlacın Faz-1 klinik çalışmalarını Türkiye’de yapmanın Doğu Avrupa’da yapmaktan çok daha zor ve maliyetli olduğunu ifade eden Sanyal, “Bu çalışmayı Türkiye’de yapmamızın tek amacı, buradaki bilgi birikiminin ve yetkinliklerin gelişmesine katkıda bulunmaya önem vermemiz. Böylece ekosistem, hem bizim bir sonraki molekülümüzü hem de başka araştırmacıların moleküllerini burada geliştirebileceğimiz seviyeye gelecek. İlk burada deneyelim ve ilk Türk hastalarına erişsin istiyoruz çünkü çare bekleyen çok insan var. Bu çalışmayı yurt dışında yapsaydık 1 yıl gibi önemli bir süre kazanırdık. Bu noktada da devletin desteği büyük önem kazanıyor. Biz de çeşitli destekler için başvurularımızı yaptık ve bekliyoruz.” diye konuştu.

Diğer Akıllı İlaçları da Klinik Faza Taşımayı Hedefliyoruz Kanser tedavisinde kullanılmak üzere yeni ilaçlar geliştirmek adına yaptıkları çalışmalara da değinen Sanyal, Türkiye’deki sağlık alanında Ar-Ge odaklı faaliyetler yürüten kuruluşlara destek vermek, kamu, özel sektör ve üniversite iş birliği projelerini geliştirmek amacıyla yola çıktıklarını aktardı.

Prof. Dr. Sanyal, Türkiye’deki ilaç firmalarına ve ilaç alanında araştırma yapan akademisyenlere preklinik aşamada çeşitli hizmetler sunarak hız kazanmalarını sağladıklarını belirterek, “Ana faaliyet alanı olarak da polimer teknolojisiyle hazırlanan, yenilikçi ilaç taşıma platformumuzu esas alan bir ilaç portföyü geliştirmeye başladık. Portföyümüzde bulunan ve tümörü hedefleyen diğer akıllı ilaçları da 2019 yılından itibaren klinik faza taşımayı hedefliyoruz.” dedi.

Kanser hastalığı sürecinde, hasta ve yakınlarının olumlu düşünmeye odaklanmalarının önemini vurgulayan Sanyal, “Bu zorlu mücadeleyi sürdürürken laboratuvarda onlar için çalışan binlerce bilim insanı olduğunu bilmekten güç alırlar diye umuyorum.” ifadesini kullandı.

37

Bilimin Güzelliği: Petri Kabında Phoenix Kimyagerler suya konsantre asit eklediklerinde çok yavaş tepki gösterirler çünkü asit protonlu, su molekülleri oluşturur ve kararlı HSO4- iyonu oluştururken büyük miktarda ısı salınır.Yüksek çözünürlüklü kızılötesi termal kamera ile çekilen bu görüntü, petri kabına konsantre sülfürik asit damlaları eklendiğinde üretilen güzel desenin görüntüsüdür.