Chemical and mechanical control of liesegang patterns in polyacrylamide hydrogels

Moleküler ölçekte kendi kendiliğine düzen oluşumu (self-assembly) fonksiyonel malzemeleri tasarlamamıza olanak verdiği için geçtiğimiz yıllardan beri bilim dünyasının ilgisini çekmeye devam etmektedir. Jel ortamında, birbiriyle etkileşiminde çökelek oluşturan maddelerin eşzamanlı difüzyon ve çökelme reaksiyonu gerçekleştirmesiyle oluşan Liesegang desenleri (LD) kendi kendiliğine desen oluşumunun örneklerinden biridir. Liesegang desenleri 1896 yılında keşfedilmesinden beri, gerek doğada çokça rastlanmasından dolayı, gerekse sensör tasarımında, yüzey bilimlerinde, mikroelektronik mekanik sistemlerinde, biomühendislik ve mikroakışkan alanlarında ve mikroyapılı malzeme üretimi gibi değişik alanlarda olası uygulamalarından ötürü ilgi odağı olmaya devam etmektedir. Yine de, Liesegang desenlerinin nasıl oluştuğunun sırrı hala tam olarak açıklanabilmiş değil. Oluşma mekanizmasını daha iyi anlayabilmemiz için daha fazla etkenlerin ve farklı koşulların araştırılması gerekiyor. Bu çalışmada, biz Liesegang desenlerinin poliakrilamid hidrojellerinde kimyasal ve mekanik olarak kontrol edilebileceğini gösterdik. Öncelikle, jellerdeki kimyasal içeriğin değişmesiyle Liesegang desenlerindeki değişmeyi gözlemledik ve LD'nin farklı konumlarda oluştuğunu gördük. Sonrasında ise, mekanik gerilimin Liesegang desen oluşumunu hem geometrik olarak hem de oluşma sıklığı yönünden değiştirdiğini ortaya koyduk. Mekanik gerilim uygulanmadığında, yalancı (pseudo) 2 boyutlu jellerde Liesegang desenleri halkasal olarak oluşur. Halbuki, jellere mekanik gerilim uyguladığımızda halkasal desenler oval şekiller olarak meydana geldi. Desenlerin boy-en oranı mekanik gerilimi arttırdıkça yükseldi. Bu tezde, literatürde ilk defa çökelme desenlerinin mekanik gerilimle kontrol edilebileceğini gösterdik. Zamana bağlı oluşumu ve desenlerin mekanik girdiyle büyük ölçüde değişebilirliği sayesinde, çıplak gözle görülebilir şekilleri kullanarak elastik deformasyon sensörü üretebilmemiz mümkün olacaktır.