Nano boyutlarda çalışmaların popüler olduğu bu günlerde dendrimerlerden bahsetmemek olmaz.
Dendrimer kelimesinin kökenine baktığımızda iki Yunanca kelimenin birleşiminden oluştuğu söylenebilir: “Dendron” ve “Meros”. “Dendron”, ağaçsı ve ağaç gibi dallanıp budaklanan anlamına gelir. “Meros” ise kimyada da çok rastladığınız “mer” yani bir bütüne ait parça anlamına gelmektedir. Böylelikle dendrimerlerin kelime anlamı ağaçsı yapılardan oluşan bir bütün olarak tanımlanabilir.[1,2] Dendrimerler; lineer, çapraz bağlı ve dallanmış polimerlerden sonra yapılarına göre dördüncü önemli polimer sınıfını oluşturan kimyasal yapılardır.[1,3]
Dendrimerlerin Yapısı:
Şekil 1: Dendrimerlerin yapısı. Temelde üç kısma ayrılır: Merkez, yüzeydeki fonksiyonel gruplar ve bu iki temel kısmın arasında kalan boşluklar.[4]
Dendrimerler genel olarak merkezde bir çekirdek, yüzeyde fonksiyonel gruplar ve merkezle yüzey arasında bulunan kuşaklardan oluşmaktadır. Bu kuşaklar çekirdek “G0” olmak üzere, çekirdekten yüzeye doğru sırası ile “G1, G2, G3…” olarak adlandırılır. “G”, “generation” yani “kuşak” demekken G harfinin yanındaki sayı ise kuşağın merkeze göre kaçıncı seviyede olduğunu gösterir. Bu ağaçsı yapıların içerisinde ise boşluklar bulunmaktadır. Dendrimerlerin içerisinde bulunan boşluklar birçok amaç için kullanılırken, yüzeylerinde bulunan fonksiyonel gruplar da dendrimerlerin istenilen yüzeylerle temasa girmesini sağlar (Şekil 1).[4]
Dendrimerlere Olan İlgi Neden Bu Kadar Arttı:
1978’de Fritz Vögtle ve ekibinin ilk başarılı dendrimer olan “Poly (Propylene Imine) PPI” dendrimerlerini sentezlemesinin ardından doğadaki birçok yapı örnek alınarak dendrimerler geliştirilmiş ve bu alanda ilerlemeler başlamıştır.[1]
Bazı polimerler sadece belli yöntemlerle sentezlenirken, dendrimerler birden fazla metotla sentezlenebilirler. Bu metotlara örnek olarak “convergent” ve “divergent method” gösterilebilir. Convergent method‘da sentez dışardan başlayıp içeriye doğru dallanır ve çekirdekteki molekülle birleşir. Divergent method’da sentez çekirdekten başlayıp dışarıya doğru dallanır ve büyür.[5]
Şekil 2: Dendrimer sentez yöntemleri. (A) Convergent method (B) Divergent Method.[5]
Dendrimerler, temellerini oluşturan temel yapılara bağlı olarak çeşitli özellikler gösterebilirler.
Çeşitli özelliklere sahip dendrimerler farklı alanlarda kullanıma uygun hâle gelirler. Bu alanların başında çevresel, biyomedikal, nanoteknolojik ve endüstriyel uygulamalar gelmektedir.
Çevre:
Dendrimerler gibi geniş yüzeyli polimerlerin istenilen yüzeylere yapışması oldukça kolay olmaktadır. Bu da dendrimerlerin çevre kimyasında ağır metallerin rahatça arıtılabilmesi için emici madde yapımında kullanımlarını sağlamıştır. Shahbasi ve ekip arkadaşları “PAMAM-SBA-15” dendrimerlerini sentezleyerek, bu dendrimerler sayesinde Cu(II), Pb(II), ve Cd(II) ağır metallerin doğadan arıtımının yapılabileceğini göstermişlerdir.[6]
Biyomedikal Uygulamalar:
Dendrimerlerin yapıları , reaktiviteleri, şekilleri, boyutları, yoğunlukları ve yüzey özellikleri dendrimeri oluşturan temel yapılara bağlı olarak istenilen şekilde düzenlenebilir. Dendrimerlerin biyomedikal uygulamalarının en başında vücutta ilaç dağıtım mekanizması olarak kullanılmaları gelir.[7] Dendrimerler kargo mekanizması görevi üstlenerek sadece ilacı vücutta istenilen yere taşımakla kalmayıp aynı zamanda kontrollü ilaç salınımını da sağlayarak ilacın uzun süreler etkin bir şekilde vücuda dağılmasını sağlar.
Nanoteknoloji:
Tüm alanlarda olduğu gibi küçük boyutlarda çalışmak verimliliği daha da artırmamızı sağlar. Nano boyutlardaki polimerler yüksek yüzey alanına sahip oldukları için birçok alanda verim artırıcı olarak tercih edilmeye başlanmışlardır. Başlıca katalizör olarak kullanılan dendrimerler, bundan başka gen taşınmasında, sensörlerde ve MR cihazıyla görüntüleme yaparken kullanılmaktadırlar.[8]
Endüstriyel Uygulamalar:
Endüstride atık maddelerin giderilmesinde ve endüstriyel reaksiyonlarda katalizör olarak kullanılmaktadır.
Özet olarak dendrimerik polimerler istenilen alana uygun olarak birçok farklı sentez metoduyla ve uygun başlangıç maddesi kullanılarak sentezlenebilirler. Bu özellikler dendrimerleri birçok kimya projesine konu başlığı yaparken dendrimerlerin fiyat açısından ve doğa ile uyumluluğu iyice incelenmeli ve projelere doğru kararlarla başlanmalıdır.
Referanslar:
[1] Ebelegi Newton Augustus1, Ekubo Tobin Allen2, Ayawei Nimibofa1, Wankasi Donbebe. 2017. A Review of Synthesis, Characterization and Applications of Functionalized Dendrimers. American Journal of Polymer Science, 7(1): 8-14
[2] Carmo, D.R., Silveira, S.F.T., Laurentiz, S.R., Bicalho, M.L., Filho, D. L. and Paim, L.L. (2013). Synthesis and a Preliminary Characterization of Poly(Proppylene)Imine Hexadecylamine Dendrimer (DAB-Am-16) Modified with Methyl Acrylate, American Chemical Science Journal, 3(3): 314-324.
[3] Tomalia, D.A. (2016). Special Issue: “Functional Dendrimers” Molecules, 21, 1035, doi:10.3390/molecules21081035.
[4] Brunner, H., (1995). Journal of Organometallic Chemistry.500. 39.
[5] Touzani, R. , Dendrons, Dendrimers New Materials for Environmental and Science Applications, J. Mater. Environ. Sci. 2 (3) (2011) 201-214
[6] Shahbasi, A., Younesi, H. and Badiei, A., (2012). Batch and Fixed bed Column Adsorption of Cu(II), Pb(II) and Cd(II) from Aqueous Solutions Unto Functionalized SBA-15 Mesoporous Silica. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 91(4), 739-750.
[7] Touzani, R., (2011). Dendrons, Dendrimers New Material for Environmental and Science Applications. J. Mater. Environ.Sci.2 (3), 201-214.
[8] Pandya,S.R., Chetty, R. , Undre, S. B., (2017).Nanomedicine and Nanoscience Research, Pandya SR and Chetty R. J Nanomed Nanosci:(5),1-4