Dr. N. Ceren SÜER
AR-GE Uzmanı
Mikroenkapsülasyon, katı, sıvı veya gaz halindeki bir malzemenin (çekirdek malzeme), genellikle polimerik bir malzeme ile kaplanarak mikroskobik kapsüller oluşturulması işlemidir. Bu kapsülleme yöntemi, çekirdek malzemenin çevresel faktörlere karşı korunmasını, kontrollü salımını ve hedeflenen teslimatını sağlar. Mikroenkapsülasyon, gıda, ilaç, tarım, tekstil ve diğer birçok sektörde geniş uygulama alanlarına sahiptir.
• Mikroenkapsülasyon, çekirdek malzemeyi nem, oksijen, ışık, sıcaklık gibi dış etkenlerden korur. Örneğin, gıda endüstrisinde, vitaminlerin mikroenkapsülasyonu onları oksidatif bozulmaya karşı korur.
• Aktif bileşenlerin belirli bir hızda, belirli bir süre boyunca veya belirli bir tetikleyiciye yanıt olarak serbest bırakılmasını sağlar. İlaç endüstrisinde, bu özellik ilaçların vücutta optimal terapötik etki için gereken zaman diliminde serbest bırakılmasını sağlar.
• Kötü tat, koku veya renk gibi istenmeyen özellikleri gizler. Gıda endüstrisinde, balık yağı gibi besin takviyelerinin mikroenkapsülasyonu tadını ve kokusunu maskeleyerek tüketimi kolaylaştırır.
• Uyumsuz bileşenlerin birbirleriyle doğrudan temasını engelleyerek reaksiyona girmelerini önler. Örneğin, iki aktif maddenin aynı formülasyonda stabil kalması için mikroenkapsülasyon kullanılabilir.
• Aktif bileşenlerin vücutta belirli bir hedefe yönlendirilmesini sağlar. Kanser tedavisinde, mikroenkapsüllenmiş ilaçlar doğrudan tümör hücrelerine yönlendirilerek sağlıklı dokuların zarar görmesini azaltır.
Mikroenkapsülasyonda kullanılan kabuk malzemeleri, çekirdek malzemeyi kaplamak, korumak ve kontrollü salımı sağlamak için kullanılan polimerlerdir. Bunlar arasında;
Doğal Polimerler: Jelatin, aljinat, karragenan, kitosan,
Sentetik Polimerler: Polilaktik asit (PLA), polikaprolakton (PCL), poliüretanlar,
Proteinler ve Karbonhidratlar: Süt proteini, bitkisel proteinler, modifiye nişastalar,
İnorganik Malzemeler: Silika, titanyum dioksit gibi, sol-jel yöntemiyle kullanılan maddeler bulunmaktadır.
Mikroenkapsülasyonda kullanılan etkin maddeler ise mikroenkapsülasyonun hedeflediği işlevi yerine getirmek üzere kapsüllenmiş aktif bileşenlerdir. Etkin maddeler arasında;
İlaçlar: Tekstil ürünlerine entegre edilmiş ağrı kesiciler, antienflamatuar ilaçlar,
Gıda Katkı Maddeleri ve Vitaminler: Kumaşlara işlenmiş vitaminler ve mineraller,
Kozmetik Bileşenler: Anti-aging ajanlar, nemlendiriciler, güneş koruyucular,
Tarımsal Ürünler: Pestisitler, herbisitler, gübreler gibi, tarım sektöründe kullanılan ürünler,
Tekstil Uygulamaları: Antimikrobiyal ajanlar, UV filtreleri bulunmaktadır.
Faz Değiştiren Maddeler ve Mikroenkapsülayon
Faz değiştiren maddeler (PCM), enerjiyi ısı formunda depolayabilen ve belirli bir sıcaklıkta faz değişikliği (katıdan sıvıya veya tersi) geçiren maddelerdir. PCM’lerin mikroenkapsülasyonu, bu maddelerin sıcaklık veya başka bir fiziksel etkiyle katıdan sıvıya veya sıvıdan gaza geçiş yapabilen özelliklerinden faydalanarak, enerji depolama ve ısı düzenlemesi gibi uygulamalar için kullanılır. PCM’ler ısıyı emerek veya vererek sıcaklığı düzenleyebilir ve bu özellikleri sayesinde ısı regülasyonu sağlayan sistemlerde kullanılırlar.
Mikroenkapsülasyon süreci, faz değiştiren maddelerin mikroskobik ölçekli kaplar içerisine hapsolmasını içerir ve genellikle koaservasyon, polimerizasyon ve fiziksel yöntemler gibi çeşitli teknikler kullanılır. Mikroenkapsüllenmiş PCM’ler, daha sonra inşaat, tekstil, elektronik ve enerji depolama gibi bir dizi uygulamada kullanılabilir.
PCM’lerin mikroenkapsülasyonu, bu maddelerin inşaat sektöründe kullanılabilirliğini artıran önemli bir işlemdir. PCM’ler; genellikle sıcaklık değişikliklerine yanıt olarak katı-sıvı faz değişimini gerçekleştirdiğinden, doğrudan kullanımlarında inşaat sektöründe zorlu uygulamalara neden olabilirler. Katı formda olmayan malzemelerin inşaat malzemelerine entegrasyonu zordur. Mikroenkapsüller ise toz formuna dönüştürülebilir ve bu da inşaat malzemelerine, örneğin sıvalara veya duvar panellerine kolayca eklenebilir.
Mikroenkapsülasyon işlemi, PCM’lerin kullanımını genişletir ve inşaat sektöründe kullanılan malzemelere yeni ve gelişmiş özellikler kazandırır. İşte mikroenkapsülasyonun avantajları ve inşaat sektörüne sağladığı katkılar:
Sızdırmazlık: Mikroenkapsülasyon, PCM’lerin sıvı fazda iken sızmasını önler, böylece inşaat malzemelerinin ve yapının bütünlüğünü korur.
Uygulanabilirlik: Mikroenkapsüle edilmiş PCM’ler, toz formuna dönüştürülebilir, bu da onların sıvalara, duvar panellerine veya diğer inşaat malzemelerine kolayca entegre edilmesine olanak tanır.
Dayanıklılık: Mikroenkapsülasyon, PCM’leri dış etkenlere karşı korur ve UV ışığına, kimyasal etkilere ve mekanik hasara karşı ek koruma sağlar.
Enerji Verimliliği: Mikroenkapsüle edilmiş PCM’ler, enerjiyi verimli bir şekilde depolayabilir ve serbest bırakabilir, bu da enerji verimliliğini artırır.
Isı Yalıtımı: Sızıntı yapmayan mikroenkapsüle PCM’ler, malzemenin ısı yalıtım özelliklerini bozmadan ısı depolama kapasitesini maksimize eder.
Uzun Ömür: PCM’lerin mikroenkapsülasyonu, malzemenin işlevsel ömrünü uzatır ve faz değiştirme özelliklerinin korunmasını sağlar.
Alev Almazlık: Mikroenkapsülasyon, PCM’lere alev almazlık gibi ek özellikler kazandırabilir. Bu, kaplayıcı materyalin seçimi ile sağlanır ve PCM’lerin yanıcı olma riskini azaltır, böylece kapsüllenmiş malzemeler, kapsülsüz formlarına göre binalar için daha güvenli ürünler haline gelir.
Bu avantajlar sayesinde, mikroenkapsülasyon teknolojisi binaların daha güvenli, enerji verimli ve dayanıklı olmasına katkıda bulunur, ayrıca yapılara uygulandığında daha konforlu yaşam alanları yaratılmasını sağlar.
Görselde Ar-Ge merkezinde üretilen mikroenkapsüllenmiş PCM’ler ve üretimin yapıldığı reaktör görünmektedir.