Biyomimetik nanomalzemeler (biyomimetic, biyolojik malzeme),
biyomalzemelerin özelliklerini taklit eden veya biyolojik prensipler
kullanılarak tasarlanan yapay nanomalzemelerdir.
Mühendisleri yeni malzemeler ve teknolojiler geliştirmeye
teşvik eden biyolojik modellere ilgi, doğanın milyarlarca yıllık evrimde insan
yapımı yapılardan çok daha etkili ve dayanıklı olan en uygun canlı yapıları
yarattığı varsayımına dayanır. Örneğin, ‘lotus etkisi’nin incelenmesi, yani
lotus yapraklarının özelliği, mikro- ve nanoyapılı yüzeye bağlı olarak ıslanma
ve kirlenmeye karşı direnç göstermesi, su geçirmez boyalar ve tekstil ürünlerin
geliştirilmesine yol açmıştır. Kuvveti çelik ile kıyaslanabilir polimer
nanofiberler, iplikleri, eşit çapa sahip çelik telden üç kat fazla gerginliğe
dayanabilen örümcek ağından esinenerek üretilmiştir. Burdok (dulavratotu) meyvesi, yaygın olarak kullanılan kanca-ve-halka
tutturucu bağlantı elemanlarının temelini oluşturan Velcro sentetik yapışkan
malzeme için bir prototip haline geldi.
Pekçok biyomolekül normal yapılarda self-montaj yapabilir.
Örneğin, polimerizasyon koşulları altında, kontraktil protein aktin, 7 nm
kalınlığında filamentler, ve tübülin çapı 25 nm olan mikrotüpler oluşturur.
Self-montaj mekanizmasını ve biyoyapıları matris olarak kullanarak, metal
monotabakaların biyopolimerler üzerinde çöktürülmesiyle nanokondüktörler ve
nanotüpler oluşturulabilir. Çift sarmallı DNA montajının temelini oluşturan
tamamlayıcılık, yeni DNA'ya dayalı nanomalzemelerin geliştirilmesinde
kullanılır.
Biyolojik moleküllerin yapısı ve fonksiyonları bilindiğinde,
peptitler, lipidler ve organik polimerler dahil hibrid moleküller sentezlenebilir
ve doku mühendisliği için nanoporoz kaplamalar, biyomimetik nanofiberler,
biyoinorganik kompozitler geliştirebilir.
Günümüzde biyomimetik nanopartiüllerle ilgili yoğun
araştırmalar yapılmaktadır. Örneğin, ferritin, bir organizmada demir taşıyan ve
depolayan bir protein olup, iç çapı 8 nm olan nanokaviteler (nanoboşluklar)
oluşturur. Ortalama 6 nm boyutlu demir oksit ve kobalt oksit magnetik
nanopartikülleri bu nanokavitlerde kapsüllenebilir. Diğer bazı örnekler,
bakteriler veya bitki biyokütle (yulaf, buğday veya yonca) içinde belirli
boyutlarda ‘büyüyen’ nanopartiküllerin kullanılmasıdır. Bu biyolojik objelere
metal tuzları eklenir, metaller biyokatalitik indirgenmeyle nanopartiküllere
dönüşür. Bitkilerde, sulama suyuna metal tuzları ekleyerek metalik
nanopartikülleri büyütme metotları geliştirilmiştir. Nanopartiküller,
bitkilerin sapları ve diğer kısımlarında oluşur ve ekstrakt edilebilir.
İindirgeme reaksiyonlarında proteinler, oluşan nanoparçacıkların boyutlarını
belirler.
Bazı durumlarda, katalizden sorumlu peptit dizileri
belirlenmiştir, bu da nanopartiküllerin in vitro gelişiminde halka peptidleri
olarak kullanılmasına izin verir. Nanopartiküller ayrıca viral kabuklar
(kapsidler) kullanılarak da oluşturulabilir. Viral kapsid proteinleri, Viral
kapsid proteinleri, bir boşluk (virüs genomunun paketlendiği) içeren
düzenli-şekilli üç-boyutlu yapılar oluşturmak üzere bir araya getirilir. Yüksek
düzenlilikle kalibre edilmiş metalik nanopartiküller ve nanokompozitler hem
kapsidin hem içinde ve hem de yüzeyinde montajlanabilir.
Nanopartiküllerin biyomimetik sentezi bazı avantajlara
sahiptir; örneğin, nanopartiküllerin fiziksel ve kimyasal yöntemlerle üretimi
ile karşılaştırıldığında, daha yumuşak koşullar altında gerçekleştirilir.
Nanopartiküllerin büyük ölçekli üretiminde bu özellik, olumsuz çevresel
etkileri en aza indirgemeyi mümkün kılar.
Biyomimetik naomalzemeler
