Araştırma, Her Gün Kullandığımız Plastiklerin Nano Parçalara Bölünme Sürecini Ortaya Koyuyor!

Plastiği bu kadar çok yönlü kılan eşsiz yapısı, aynı zamanda onu zararlı mikro ve nano ölçekli parçacıklara ayrışmaya karşı savunmasız hale getiriyor. Dünya, trilyonlarca mikroskobik ve nanometre boyutlu plastik parçacığıyla doludur. Bu parçacıkların bazıları virüslerden bile küçüktür ve bu boyutları, onların hücresel fonksiyonları bozabilecek, hatta DNA’yı değiştirebilecek kadar küçük olmalarını sağlar. Araştırmacılar şimdi, bu parçacıkları Antarktika karından insan kanına kadar neredeyse her ortamda tespit ettiklerini belirtiyor.

Nature Communications dergisinde yayınlanan çalışmada bilim insanları, bu küçük plastik parçaların yaygın şekilde oluşumunun arkasındaki moleküler mekanizmaları ortaya koydu.^[1] Plastik piyasaya ilk çıktığı 75 yıl öncesinden bu yana kullanımı neredeyse evrensel hale geldi ve nanoplastiklerin varlığı da aynı ölçüde yaygınlaştı.

Plastiğe dayanıklılık ve esneklik kazandıran özellikler, aynı zamanda onun nano ölçekli parçalara ayrılmasına da zemin hazırlıyor. Bu parçalanma özellikle yarı kristal polimerler olarak sınıflandırılan plastiklerin %75-80'inde görülüyor. Columbia Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nden Kimya Mühendisliği profesörleri Sanat Kumar, Michael Bykhovsky ve Charo Gonzalez-Bykhovsky'nin liderlik ettiği araştırma ekibi, bu kritik sorunun arkasındaki mekanizmaları ortaya çıkararak plastiklerin çevresel bozunum süreçlerine ışık tutuyor.

Bir plastik parçasını güçlü bir mikroskopla incelediğinizde, sert ve yumuşak malzemenin dönüşümlü katmanlarını görürsünüz. Sert katmanlar, plastik moleküllerinin güçlü kristal yapılar halinde sıkı bir şekilde organize olduğu alanlardır. Yumuşak katmanlar ise moleküllerin yapıdan yoksun olduğu, amorf ve esnek bir kütle oluşturduğu bölgelerdir. Bu katmanlar binlercesi bir araya geldiğinde, hafif, dayanıklı ve son derece çok yönlü bir malzeme ortaya çıkar. Plastiğin benzersiz özelliklerini kazanması ise tam da bu yumuşak ve sert fazlar arasındaki bağlantıdan kaynaklanıyor.

Bu katmanlardan binlercesi üst üste yığıldığında, hafif, dayanıklı ve son derece çok yönlü bir malzeme oluştururlar. Önemli bir nokta, bu malzemelerin benzersiz özelliklerini yumuşak ve sert fazlar arasındaki bağlantıdan almalarıdır.

Araştırmacılar, parçalanma süreci öncelikle çevresel faktörlerin etkisiyle zayıflayan yumuşak katmanlarda başladığını belirtiyor. Bu süreç, plastik malzemenin fiziksel bir stres altında olmadığı durumlarda bile ilerleyebiliyor. Bu nedenle yumuşak katmanlar zamanla oksidasyon, UV ışınları veya kimyasal maruziyet nedeniyle bozuluyor ve bağlayıcı işlevini kaybediyor. Bu zayıflama sonucunda sert kristal katmanlar birbirinden ayrılıyor ve nano/mikro boyuttaki parçacıklar çevreye yayılıyor. Kumar bu makalenin nanoplastikleri anlamaya katkısını şu şekilde ifade ediyor:

Kullanılan tüm plastiğin %75’i bir tür tuğla ve harç yapısına sahiptir. Bu, çok ince alternatif katmanlardan oluşur: sert, yumuşak, sert, yumuşak ve böyle devam eder. 1950’lerden beri yumuşak malzemenin sert malzemeyi bir arada tuttuğunu biliyoruz.

Yeni çalışmamızda gösterdiğimiz şey, bu yumuşak bağlayıcıların, örneğin bir çöplük gibi sakin koşullarda bile ne kadar kolay kırıldığı. Bu katman bozulduğunda, sert segmentlerin gidecek yeri kalmıyor ve çevreye dağılıyorlar.

Kumar bu durumun neden bir sorun olduğunu şu şekilde belirtiyor:

Bu parçalar etrafta süzülür ve bazıları insan bedenine ulaşır. En küçük parçalar hücrelerden geçerek çekirdeğe ulaşır ve burada DNA ile oynamaya başlayabilir. Nano ve mikroplastikler, asbestle benzer boyut ve şekillere sahip gibi göründüğünden kanser, kalp hastalığı/inme ve diğer hastalıklara yol açma potansiyeli taşırlar.

Kumar bu soruna bir mühendislik çözümü olup olmadığını şu şekilde dile getiriyor:

Sonuçlarımız, yumuşak katmanların mimarisinin daha esnek olacak şekilde tasarlanmasının kopan kristal parçalarının miktarını azaltacağını gösteriyor. Açıkçası, normal polimer bozunmasının yarattığı mikro ve nano plastik miktarını azaltmak için bu noktaya odaklanılması gerekiyor.

Kumar son olarak nanoplastiklerin daha iyi anlaşılmasının insan sağlığını nasıl iyileştirebileceğini şu şekilde anlatıyor:

Pahalı olmasından dolayı plastiklerin çoğunlukla yalnızca %2’si geri dönüştürülüyor. Ama plastiği çevreye atarsanız sağlık sorunlarına yol açacak gibi görünen mikro ve nanoplastikler oluşuyor. Böyle düşünürseniz nanoplastiklerin yaratabileceği sağlık sorunları ile geri dönüşüm maliyeti arasında bir seçim yapmanız gerekir, ki belki de geri dönüşüm aslında daha ucuzdur.