Sıradan bir araştırma laboratuvarı gibi görünen bir yerde, parlak turuncu-sarı lekeler, alışılmadık bir çalışma konusuna işaret ediyor. Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nde Nam-Joon Cho'nun laboratuvarı, bilim insanlarının yoğun mesai harcadığı, raflarda malzemelerin yığılı olduğu ve makinelerin uğultusunun eksik olmadığı tipik bir bilimsel araştırma ortamını andırıyor.
Bu tozlu lekeler aslında polen: ağaçlar, yabani otlar ve çimenlerin mevsimsel olarak yaydığı, erkek üreme hücrelerini barındıran mikroskobik tanecikler. Ancak Cho, polenin saman nezlesi gibi rahatsız edici etkilerini veya bitkiler için taşıdığı anlamları incelemiyor. Bunun yerine, bu malzeme bilimcisi on yıldır, bazen "bitki dünyasının elması" olarak da anılan polenin sert dış kabuğunu yeniden şekillendirme teknikleri geliştiriyor ve iyileştiriyor. Bu sayede polen taneciklerini reçel kıvamına getirmeyi başarıyor.
Cho'ya göre, bu mikrojel, kâğıt, film ve sünger gibi pek çok çevre dostu malzemenin üretilmesinde çok yönlü bir yapı taşı olarak kullanılabilecek.
Cho, "Birçok insan poleni, bitkileri döllemediği veya böcekleri beslemediği zaman işe yaramaz toz olarak düşünür, ancak eğer onunla nasıl çalışılacağını bilirseniz, değerli uygulamalara sahiptir" diyor. Kendisi, 2024'te Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering'de polenin potansiyel uygulamaları üzerine bir derleme makalesine de ortak yazarlık yapmış. Bu konuda yalnız da değil. İspanya'daki Santiago de Compostela Üniversitesi'nden bir nanoteknoloji ve ilaç dağıtımı araştırmacısı olan Noemi Csaba, içi boşaltılmış polen kabuklarını gözlere, akciğerlere ve mideye ilaç taşıyan koruyucu araçlar olarak geliştirmek istiyor.
Csaba, polenin insanlar için kullanışlılığını inceleyen araştırmacıların nadir görüldüğünü belirtiyor: "Biraz şaşırtıcı buluyorum. Polen çok, çok ilginç bir biomalzemedir."
Kabuğu Yumuşatmak
Polenle çalışmaya başlamak için bilim insanları, defatting adı verilen bir işlemle taneciklerin etrafındaki yapışkan kaplamayı çıkarabilirler. Bu lipitlerin ve alerjen proteinlerin soyulması, Csaba'nın hedeflediği ilaç dağıtım sistemleri için boş kapsüller oluşturmanın ilk adımıdır. Bunun ötesinde, sporopollenin adı verilen biopolimerden oluşan, görünüşte geçirilemez polen kabuğu uzun zamandır araştırmacıları şaşırtmış ve kullanımını sınırlamıştır.
2020'de bir atılım gerçekleşti. Cho ve ekibi, polenin sekiz Celsiyus derecede (176 Fahrenheit) potasyum hidroksit içeren alkali bir çözeltide inkübe edilmesinin, polen taneciklerinin yüzey kimyasını önemli ölçüde değiştirebileceğini ve böylece suyu kolayca emip tutmalarını sağlayabileceğini bildirdi.
Cho'nun laboratuvarında bu tekniğin geliştirilmesine yardımcı olan araştırma görevlisi Shahrudin Ibrahim, elde edilen polenin oyun hamuru kadar esnek olduğunu söylüyor. İşlemden önce polen tanecikleri daha çok bilye gibiydi: sert, inert ve büyük ölçüde tepkisiz. Ancak sonrasında, parçacıklar o kadar yumuşak hale geliyor ki kolayca birbirlerine yapışıyorlar ve bu da daha karmaşık yapılar oluşturmalarını sağlıyor. Ibrahim, laboratuvarda gururla tuttuğu sarı-kahverengi bulamaç dolu bir şişeyi göstererek bunun çok sayıda uygulama alanı açtığını belirtiyor.
Mikrogeli düz bir kalıba döküp kurutunca, son kalınlığa bağlı olarak kâğıt veya film haline geliyor. Bu malzeme, hem güçlü hem de esnek bir yapıya sahip. Ayrıca pH ve nem gibi dış etkenlere karşı da hassas. Ibrahim, alkali çözeltiye maruz kalmanın polenin yapısal polimerlerini daha hidrofilik, yani suya eğilimli hale getirdiğini, bu nedenle koşullara bağlı olarak jel, su emilimi veya atılımı nedeniyle şişip daralabileceğini açıklıyor.
Singapurlu araştırmacılar, bu üstün özellik kombinasyonunun, polen bazlı filmi pek çok gelecekteki uygulama için uygun bir aday haline getirdiğine inanıyor. Bunlar arasında cihazların çevrelerindeki değişiklikleri algılayıp tepki vermesini sağlayan akıllı aktüatörler, kalp sinyallerini izleyen giyilebilir sağlık takip cihazları ve daha fazlası bulunuyor. Polenin doğal olarak UV koruyucu olması nedeniyle, perovksit güneş hücreleri ve diğer optoelektronik cihazlardaki bazı fotonik olarak aktif alt tabakelerin yerini alabilme potansiyeli de var.
Cho'nun laboratuvarı ayrıca polenden yapılan kâğıdın üzerine baskı yapılabileceğini de gösterdi. Cho, mikrojelin üretim sürecunu patentlemiş durumda. Ona göre, yazı, baskı ve ambalajlama için geleneksel kâğıda sürdürülebilir bir alternatif olabilir. Geleneksel kâğıt üretimi ağaçları yok ediyor ve sayfa başına 13 litreye kadar su gerektiren kaynak yoğun bir süreç. Polen ise tohum üreten bitkilerden doğal olarak bol miktarda salınıyor ve ondan kâğıt elde etmek yalnızca birkaç basit adım gerektiriyor. Mürekkep, basit bir alkali çözelti ile yıkanarak çıkarılabiliyor; bu da kâğıdın yeniden kullanılmasını sağlıyor.
Ek olarak, dondurularak kurutulmuş polen mikrojeli gözenekli süngerler oluşturuyor. Bunlar, doku mühendisliği için iskeleler olarak kullanılabileceği gibi, kanamayı durdurmak veya petrol sızıntılarını emmek için de kullanılabilir.
Cho'nun ekibi genellikle Çin'den uygun fiyata arı poleni karışımı olarak satın aldıkları ayçiçeği ve kamelya poleniyle çalışıyor. Ancak, alkali hidroliz yöntemlerinin çok çeşitli bitki türleriyle iyi çalışacağını belirtiyorlar. Cho, polenin bol olduğunu ekliyor; örneğin, yaygın bir ayçiçeğinin tek bir çiçeği her yaz 25.000 ila 67.000 arasında polen tanesi üretiyor. Dahası, ticari kovanlardaki arılardan polen toplamak da kolay.
Ibrahim, polen bazlı ürünlerin piyasaya ulaşması için henüz katedilmesi gereken yol olduğunu ancak şu anda en önemli şeyin zorlukları öngörmek ve sürdürülebilir çözümler geliştirmek olduğunu belirtiyor. Araştırmacıların üzerinde çalıştığı kitosan ve selüloz gibi diğer biomalzemerle karşılaştırıldığında, kabuklu deniz hayvanları veya bir ağacın yok edilmesi gerekiyor. Buna karşılık, polen önemli ölçüde daha az kaynak yoğun: "Bitkiyi yok etmiyoruz," diyor. "Hatta çiçekleri bile yok etmiyoruz.".
