Doğal malzemeler nanobilimi anlamanın en basit yoludur.
Örneğin, mikroskop görüntüleri, makro objelerden başlayarak (bir bitki yaprağı
gibi), büyütülen görüntülerde daha ince ve daha da ince dokulara kadar
inildiğinde çok farklılaşır.
Bir substansın özellikleri ve kimliği molekül yapısına
bağlıdır. Biyolojik bir malzemenin nanoyapısı, onun supramoleküler
orgaizasyonundan kaynaklanır; böyle bir organizasyonda onlarca-yüzlerce molekül
şekil ve form olarak nanoskala seviyededir. Bu nanoyapılarla ışık, su ve diğer
malzemelerin etkileşimiyle makrosaklada etkileyici özelliklere sahip doğal
malzemeler elde edilebilir.
Günlük yaşamda, yer çekimine karşın tavanda yürüyebilen
kertenkeleden yanardöner renklerde kelebeklere, geceleri parlayan
ateşböcelerine kadar yüzlerce nanobilim örneğiyle karşılaşırız.
Bazı doğal nanomalzemeler aşağıda kısaca özetlenmiştir.
·
Doğal erozyon ve volkanik olaylardan oluşan
nanopartiküller.
·
Nanoyapılı killer gibi mineraller: Killer, ince
bir 2D kristal yapı olarak tanımlanan tabakalı bir silikat tipidir.
·
Süt ve kan (sıvı kollidler), sis (aerosol tip),
jelatin gibi doğal kolloidler: Bu malzemelerde nanopartiküller bulundukları
ortamda (sıvı veya gaz) dispers haldedir, çözelti şeklinde değildir. Doğal
kolloidlerde ışık saçılması olayı gözlenir ve renkleri (kan ve sütte olduğu
gibi) çoğu zaman içerdiği nanopartiküller tarafından ışığın saçılmasından ileri
gelir.
·
Kabuk (shell), mercan ve kemik gibi
mineralleşmiş doğal malzemeler: Kendiliğinden, diğer doğal malzemelerle
(olimerler gibi) kalsyum karbonat kristallerden oluşmuş üç boyutlu yapılardır.
·
Deri, pençe, gaga, tüy, bounuz, saç gibi
malzemeler: Bu malzemeler keratin, elestin ve kollajen gibi çok esnek
proteinlerden oluşur.
·
Kağıt ve pamuk, çoğunlukla selülozdur. Pamuğun
yüksek kuvvetti, dayanıklılığı ve absorbans özelliği fiberlerin nanoskalar
düzeninden ileri gelir.
·
Böcek kanatları ve opaller: Opallerde ve
kelebeklerde görülen renkler doğrudan oların ince yapılarıyla ilişkilidir.
·
Örümcek ipeği: İpek, bilinen en kuvvetli
malzemedir; aynı ağırlıtaki çeliken beş kat daha kuvvetlidir. Örümcek ipeğinin
fevkalade özelliği proteinlerin nanoskala seviyede organizasyonundan dolayıdır.
·
Lotus yaprağı ve latin çiçeği: Bu bitkilerin
yapraklarının nanoyapısı onlara olağanüstü yüzey özellikleri ve
“kendini-temizleme” yeteneği kazandırır.
·
Kertenkele ayağı, fonksiyon ve nanoyapı
arasındaki ilişkinin şaşırtıcı ve hayret verici bir örneğidir.
Doğal malzemeler, sadece biyolojik malzemelerin hayret verici
özelliklerini anlamada değil, gelişmiş özellikler içeren yeni malzemelerin
dizaynı ve mühendisliği konularında da ilham vericidir. Pek çok biyolojik
malzemenin dikkat çekici özellikleri, kompleks ve genellikle de hiyerarşik
yapılarından kaynaklanır; son derece uyumlu ve çok fonksiyonludurlar. Bunlar,
gelişmiş yapay pek çok malzemenin (güneş piller, yakıt pilleri, tekstil, ilaç
taşıyıcı sistemler, v.s.) dizaynında köklü birer model oluştururlar.
Doğadadaki ilham kaynağı bazı basit yasalara dayanır: Doğa güneş
ışığyla vardır; sadece ihtiyacı olduğu kadar enerji kullanır; doğal
nanomalzemeler yüksek seviyede enerji verimlidir. Doğada herşey ‘geri-dönüşümlü’dür,
atık ürünler minimumdur. Doğa, çeşitliliği ve lokal uzmanlığı korumasına rağmen
işbirliğine yatkındır.
