Biyolojiden İlham Alan Teknoloji, Veri Madenciliği ve Makine Öğrenimi Kullanılarak Geliştirildi

Profesör Gong, Profesör Takigawa, Profesör Fan, lisansüstü öğrencisi Liao ve meslektaşları, veri madenciliği ve makine öğreniminin bir kombinasyonunu kullanarak, yakın zamanda 1 MPa'yı aşan yapışma mukavemetlerine (F_a) sahip, bugüne kadarki en güçlü su altı yapışkan hidrojelleri geliştirdiler. Jellerin mukavemeti hem anında hem de tekrarlanabilirdi ve saf sudan deniz suyuna kadar değişken tuzluluk seviyelerindeki çeşitli yüzeylerde işlevseldi. Bu araştırma Nature dergisinde yayınlandı ve kapak fotoğrafı olarak seçildi.

Örnek olarak, bu hidrojeller tek bir posta pulu (2,5 x 2,5 cm) boyutunda kesilselerdi, teorik olarak yaklaşık 63 kg (örneğin yetişkin bir insan) taşıyabilirlerdi. Araştırmacılar, hidrojelin yapışkanlık gücünü, tekrarlayan okyanus gelgitlerine ve dalga darbelerine dayanıklı bir deniz kenarı kayası üzerindeki lastik ördek üzerine uygulayarak kanıtladılar.

Biyolojiden ilham alan bu hidrojeller, arkeler, bakteriler, ökaryotlar ve virüslerde bulunan yapışkan proteinlerden türetilen polimer ağları kullanılarak tasarlanmıştır. Bu organizmalar arasındaki çeşitliliğe rağmen, bu proteinler ıslak ortamlarda yapışmayı sağlayan ortak dizilim örüntülerine sahiptir. Bu amaçla, Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi (NCBI) protein veritabanından toplanan yaklaşık 25.000 yapışkan protein veri kümesi, su altı yapışması için önemli olan ilgili amino asit dizileri için veri madenciliği yapılmıştır.

Bu dizileri polimer ağlarına kopyaladılar ve her biri benzersiz polimer ağları içeren 180 hidrojel sentezlediler. Bu hidrojellerin incelenmesinden elde edilen veriler, en önemli polimer dizilerini daha da ileriye taşıyan makine öğrenimi ile analiz edildi. Veri madenciliğinden sentezlenen orijinal 180 jel, literatürde daha önce bildirilen jellerden daha yüksek yapışma özellikleri gösterdi. Ancak, makine öğreniminden ilham alan jeller daha da inanılmazdı ve yukarıda belirtilen son derece arzu edilen özellikleri aştı.

Tekrarlanabilir ve anında yapışma, biyomedikal mühendisliğinden derin deniz araştırmalarına kadar uzanan uygulamalar için oldukça aranan özelliklerdir. Bu özellikler, hasarlı bir borudan sızan suyun anında ve tekrar tekrar kapatılabildiği bir deneyde doğrulanmıştır.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186880/getting-sticky-the-highest-performing-underwater-adhesive-hydrogel-polymer.html