Terminolojiyi Doğru Anlamak :
ADSORPSİYON VE ABSORPSİYON :
Birbirlerine oldukça benzeyen bu iki kelime sıklıkla karıştırılır ancak fiziksel ve kimyasal olarak süreçleri ve mekanizmaları farklıdır. Terminolojiyi doğru anlamak ve bu kavramların Biyomühendislikteki kullanım alanlarını keşfetmek için bu yazıyı inceleyebilirsiniz.
Absorpsiyon ve adsorpsiyon farklı olaylar olmalarına rağmen ikisi de sorpsiyondur. Sorpsiyon, bir maddenin başka bir madde tarafından tutulması, alınması ya da birikmesi sonucu oluşan fiziksel ve kimyasal süreçlere verilen genel bir isimdir.
Absorpsiyon= Emilim demektir ve bir hacim olayıdır. En temel anlamıyla bir maddenin başka bir maddenin iç hacmine girmesi ve orada dağılmasıdır. Daha bilimsel açıklamasıyla, bu madde atom, molekül veya iyon olabilir ve emici maddenin tüm hacminin kütle fazına girdiği sürecin bütünüdür. Örneğin, bir süngerin suyu içine çekmesi yani emmesi absorpsiyondur. Emilimde, parçacıklar onları emen diğer maddede çözünür ya da yayılır.
Adsorpsiyon= Maddenin birimleri (atom,molekül,iyon) diğer maddenin içine giriş yapmaz bunun yerine maddenin dış yüzeyine yapışır ya da birikir. Yani bir yüzey olayıdır. Kimyasalların bağlandığı, yüzeye tutunduğu malzemeye/alt tabakaya adsorbent maddeye adı verilir. Adsorbat ise yüzeye tutunan atom, molekül ya da iyona verilen isimdir. Maddenin yüzeye yapışması işlemi sırasında enerji açığa çıktığından adsorpsiyon çoğunlukla ekzotermiktir.
Adsorpsiyon hızı, sıcaklık ve yüzey alanına bağlı olarak değişir, örneğin düşük sıcaklıklar adsorpsiyon kapasitesini arttırır. Çünkü, eğer sıcaklık artarsa kinetik enerji artacaktır, enerji arttığında adsorpsiyon sırasında yüzeye tutunan moleküller yüzeyden ayrılmaya (desorpsiyon) başlayacaktır. Desorpsiyon hızı artacaktır. Buna ek olarak, adsorpsiyon bir yüzey olayı olduğundan yüzey alanı artarsa adsorpsiyon da artacaktır. Bu nedenle adsorbentler tasarlanırken yüzey alanını arttıracak şekilde ve gözenekli olarak tasarlanır. Örneğin, nanomalzemelerin yüzey alanı/hacim oranı çok yüksek olduğundan etkili adsorbentlerden biri oldukları bilinir.
Desorpsiyon= Adsorpsiyonda yüzeye tutunan maddelerin yüzeyden ayrılarak tekrar bulundukları yere veya faza dönmesidir. Bu açıdan bakıldığında adsorpsiyonun tersi bir olay olduğunu söyleyebiliriz. Desorpsiyon ve Adsorpsiyon birlikte denge oluştururlar. Belirli koşullarda bir yüzeyde bu iki olay da aynı anda gerçekleşebilir.
KROMATOGRAFİDE ADSORPSİYON VE DESORPSİYON :
Karışımlardaki farklı bileşenleri ayırmak için analitik bir teknik olan Kromatografi tekniği kullanılır. Kromatografinin temel bileşenleri; ayrıştırılmak istenen karışım, hareketli faz ve sabit fazdır. Temel prensibinde karışım ve hareketli faz , sabit bir faz üzerinden akar ve bileşenlerin bu iki faza olan afinitelerine göre ayrışmaları sağlanır. Bu yöntemle ilaçların saflığı ve etkinliği belirlenebilir, deniz suyundaki kirletici maddeler tespit edilebilir, hastalık teşhisi ve yeni biyobelirteçlerin keşfedilmesi mümkün olabilir.
Kullanılan kromatografi tekniğinin ayırma fazında bileşenlerin ayırt edici özelliklerinden faydalanılır, örneğin; molekül ağırlıkları, afiniteleri, yükleri, polariteleri, hidrofobikliği. Bu ayırt edici özellikler sayesinde kromatografideki karışımın bileşenlerinin bazıları daha hızlı bazıları daha yavaş hareket eder.
Hızlardaki bu farklılık bileşenlerin ayrılmasını sağlar. Özellikle de adsorpsiyon kromatografisinde ayırma işlemi moleküllerin durağan faza adsorplanması ve ardından desorbe olarak hareketli faz ile ilerlemesi sayesinde gerçekleşir. Farklı bileşiklerin adsorpsiyon/desorpsiyon eğilimleri farklı olduğundan, kolon boyunca farklı hızlarla hareket ederler ve böylece birbirlerinden ayrılırlar.
ADSORPSİYON KROMATOGRAFİSİ :
Bu yöntemde, sabit faz olarak genellikle Slika, Alümina, Aktif karbon ve kömür gibi maddeler kullanılır. Analitler katı formdaki sabit faza diferansiyel adsorpsiyon oluştururlar. Analitler sabit faza farklı derecelerde tutunduklarından ayrışma gerçekleşir. Tutunmalarındaki bu farklılık, bileşikler ve sabit faz arasındaki elektrostatik etkileşimler, dipol-dipol etkileşimler ve hidrojen bağları gibi etkileşimlerin farklılığından kaynaklanır. Burada ayırma, analitlerin katı sabit faza diferansiyel adsorpsiyonuna dayanmaktadır.
FİZİKSEL, KİMYASAL VE BİYOLOJİK ADSORPSİYON :
Adsorpsiyonun mekanizma düzeyini fiziksel ve kimyasal olarak alt başlıklara ayırmak mümkündür. Temel olarak, adsorbat yüzeye kimyasal ya da fiziksel etkileşimlerle bağlanır bu bağlanmalar adsorpsiyonun türünü değiştirir.
Fiziksel adsorpsiyon (fizyosorpsiyon) = Adsorbent ve adsorbat arasındaki Van der Waals etkileşimleridir. (dipol- dipol/ indüklenmiş dipol-dipol gibi) Geri dönüşümlü işlemlerdir. Birden fazla tabaka meydana gelebilir.
Kimyasal adsorpsiyon (kemisorpsiyon) = Adsorbatın adsorbent maddeye tutunması sırasında genellikle kovalent ve iyonik bağlar olmak üzere kimyasal bağlar rol oynar. Bu nedenle fizyosorpsiyona göre daha seçici bağlanma kapasitesine sahiptir. Yüksek bağlanma enerjisiyle gerçekleşir. Genellikle tek tabaka adsorpsiyon oluşur. Çoğu zaman geri dönüşümü zor gerçekleşir.
Bu iki adsorpsiyon olayı arasındaki temel fark, etkileşimin bağlanma enerjisi ve şekline göre değişiklik göstermesidir.
Biyolojik Adsorpsiyon (Biyosopsiyon) = Biyosorpsiyon, ölü ya da canlı biyolojik materyalleri kullanarak çözeltiden istenmeyen maddelerin uzaklaştırılması ya da bazı maddelerin geri kazanılmasını amaçlayan fizikokimyasal süreçtir. Bu materyaller akla gelebilecek pek çok şey olabilir; en yaygın kullanılanlar; tarımsal atıklar, bitki ve mikroorganizma materyalleri, deniz kabukları ve deniz yosunlarıdır. Bu maddelere biyosorbent denir. Biyosorbentler çevrede bulunan molekül, iyon ve çeşitli kirleticileri yüzeylerinde etkili bir şekilde tutarlar.
Biyosorpsiyon fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon ve kompleksleşme olmak üzere, iyon değişimi, elektrostatik etkileşimler gibi etkileşimlerin biyoteknolojik uygulama sürecidir. Biyosorprsiyon süreçleri biyomühendislikte ; Çevresel ortamlardan kirleticileri biyolojik olarak arıtma süreçlerinde sıklıkla karşımıza çıkar. Bunun yanı sıra çeşitli özelliklere sahip biyosorbentler ilaç salımında, doku mühendisliğinde, enzim ve protein mühendisliğinde kullanılmak üzere tasarlanır. Ayrıca biyolojik sıvılardan istenmeyen maddelerin uzaklaştırılmasında da biyosorpsiyon uygulamalarına başvurulur. Biyosoprsiyon uygun maliyetli, ulaşılabilir, verimli ve çevre dostu bir uygulamadır. Biyosorpsiyon uygulamaları son yıllarda, özellikle atık sulardan mikroorganizmalar yardımıyla biyolojik olarak kolayca parçalanmayan bileşiklerin (boya, endüstriyel atık, ağır metal gibi ) uzaklaştırılması üzerine yoğunlaşmıştır. Örneğin, Kahverengi alglerin hücre duvarında alijinat bulunur ve alijinatın içeriğindeki karboksil grupları metal bileşikleri yapısına yüksek oranda dahil edebilme / biyosorpsiyona uğratma yeteneğine sahiptir.
Kullanım alanı ve amacına göre biyosorbent malzemelerin nitelikleri değişiklik gösterebilir. Biyosorbent seçimi doğrudan adsorpsiyon verimliliğini belirleyeceği için amaca uygun olarak titiz bir şekilde seçilmelidir. Seçilen malzemenin içeriğindeki fonksiyonel gruplar bakımından kimyasal bileşimi, yüzey alanı ve gözeneklerinin formu işlevinde oldukça önemlidir. Örneğin, fosfat, sülfat, amid, karboksil gibi fonksiyonel gruplar biyosorpsiyonun işlevini önemli ölçüde değiştirir.
Biyosorbentin etkinliği reaksiyon koşullarına ve yapılan işlemlere göre de değişiklik gösterebilir. Biyosorpsiyonu etkileyen ortam koşullarından birisi biyosorbent yüzeyindeki fonksiyonel grupların yükünü ve sonuçta biyosorpsiyonu etkileyeceğinden sulu çözeltinin pH'sıdır. Yapılan araştırmalara göre, pH aralığının 7,0-8,0 aralığında olması metal biyosorpsiyonu için elverişli değerdir. Bunun yanı sıra, bazı anyonik türlerin (arsenik, krom vb.) adsorpsiyonu için 2.0-4.0 arasıındaki pH'ın daha uygun olduğu bilinir. Buna ek olarak biyosorbentin hücre bütünlüğü yani biyolojik materyalin (biyokütlenin) canlı ya da ölü oluşu da biyosorpsiyona etki eden faktörlerdendir, canlı olan materyaller bazı durumlarda metabolik aktiviteleri sayesinde daha etkili biyosorpsiyon sağlayabilir.
BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA ADSORPSİYON :
Biyomühendislikte ; İlaç taşıma sistemlerinden, atık su arıtımı işlemlerine, biyomalzemelere ve Doku mühendisliğine kadar pek çok disiplinde bu süreçlerden faydalanılarak çeşitli sorunlara yönelik yeni stratejiler geliştirilir.
Örneğin, güncel bir çalışmada bilim insanları tedavi seçeneklerinin az olduğu ve bu yüzden ölümcül olan Metastatik pankreas duktal adenokarsinomu (PDAC) adındaki bir çeşit pankreas kanseriyle ilgili çalışmalar yapmışlardır. Geliştirilen adsorpsiyon filtreleri yardımıyla bu pankreas kanserinden muzdarip olan yedi hastanın kan örneklerinden alınan ve hastalıkla ilişkili mikroveziküller ve C1QA, C1QB ve C1QC isimlendirilen bazı proteinler seçici olarak uzaklaştırılmıştır. Ardından filtreleme öncesindeki ve sonrasındaki örnekleri karşılaştırmışlardır. Yazarların belirttiği üzere, klinik açıdan daha ileri araştırma gerektiren bu çalışmada, Geliştirilen ExThera Seraph100™ adındaki bu adsorpsiyon filtrelerin yaklaşık 200 nm'ilk ve daha büyük mikropartikülleri azalttığı yapılan proteomik ve mikropartikül analizlerle gözlemlenmiştir.
Adsorpsiyon filtrelerinin buradaki rolü ;
Adsorpsiyon sürecinin buradaki görevi kısaca, hastaların kanındaki kanserle ilişkili maddelerden olan proteinler ve mikrovezikülleri filtre yüzeyine dahil etmek (üzerine bağlamak) böylece onları kandan uzaklaştırmaktır. Bu çalışmadaki Adsorpsiyon filtresi Heparin ile modifiye edilerek daha etkili adsorpsiyonu gerçekleştirmek üzere tasarlanan özel bir filtredir.
Başka bir çalışmada, bilim insanları genellikle migren hastalığının tedavisinde kullanılan PZT olarak kısaltılan Pizotifen adlı ilacın, insan plazmasındaki veya farmasötik formülasyonlardaki tespiti için etkili, sürdürülebilir ve hassas bir modifiye nanokompozit elektrokimyasal sensör geliştirmişlerdir.
PZT'nin tayini önemlidir çünkü, bu ilaç merkezi sinir sistemini etkiler ve farmasötik olarak ilacın etkinliğinin ve güvenilirliğinin sağlanması gerekir. Bu ilacın tayinini gerçekleştiren metadolojiler sınırlıdır ve bu metadolojiler toksik organik çözücülerin kullanımı ve karmaşık ön işlemlerden geçmesi gibi doğa dostu olmayan dezavantajları taşır.
Bu noktada bilim insanları ilk kez daha hassas ve etkili tayinini gerçekleştirmek için PZT tayininde voltmetrik bir yöntem kullanmışlardır. Bunun için, hibrit bir elektrokimyasal tayin ürünü olan ZnO-NPs/MWCNT/CPE geliştirdiler.
Bu kısaltmalara sahip sensör bileşenlerinin özellikleri ve PZT tayinindeki görevleri kısaca şunlardır:
ZnO-NPs : Çinko oksit nanopartikülleridir. Bu nanopartiküller yapısında çok sayıda yüzey hidroksil grubu taşır. Yüzey hidroksil grupları ve nanopartiküllerin sahip olduğu geniş özgül yüzey alanı PZT gibi elektroaktif olan türlerin adsorpsiyonunu kolaylaştırmayı hedefler.
MWCNT'ler ise ; çok duvarlı karbon nanotüplerin kısaltmasıdır. Bu nanotüpler yüksek elektriksel iletkenlik sergilerler. En önemli özellikleri ise aromatik moleküllerin bağlanması ve onlarla çok güçlü etkileşimler kurması için konjuge karbon çerçevesine sahip olmalarıdır. Bu aromatik etkileşimler hedeflenen PZT 'nin adsorpsiyonunun etkili ve hızlı bir şekilde gerçekleştirmesini sağlar.
CPE ; karbon macun elektrotlar olarak bilinir. Bu elektrotlar iyi yüzey özellikleri ve geniş bir yüzey alanı sunduğu için tercih edilir. Buna ek olarak bu elektrotların bazı analitik özelliklerinin daha iyi performans göstermesi için modifiye edilmesi mümkündür, Bu çalışmada da CPF'ler Çinko Oksit nanomalzemelerle modifiye edilerek daha etkili adsorpsiyonun elde edilmesine hizmet etmiştir. ZnO-NPs'ler tespit edilmesi hedeflenen analitin yüzeye adsorpisyonu için çok sayıda katalitik aktif bölge içermesi bakımından önemlidir. Bu hibrit Elelektrot, elektron transferini etkili bir şekilde gerçekleştirmiştir.
Sonuç olarak bu çalışmada bilim insanları elektriksel olarak aktif olan PZT'nin düşük konsantrasyonlarda bile hassas, sürdürülebilir, doğa dostu ve hızlı volimetrik analizi için çok etkili hibrit bir elektrokimyasal sensör geliştirmişlerdir. Bu sensörün etkinliği ve diğer özellikleri yapılan karakterizasyon analizleriyle ortaya konmuştur.
Bu çalışmada adsorpsiyonun rolü: Tasarlanan sensörün bileşenleri PZT molekülünün fonksiyonel gruplarını çeşitli yüzey etkileşimleriyle elektrot yüzeyine adsorpsiyonunu sağlar. Gerçekleşen adsorpsiyon sayesinde sensörün hassasiyeti artar, elektrokimyasal sinyal güçlenir, PZT analitinin tespiti kolaylaşır.
Araştırmalardan görülebileceği üzere, Biyomühendisler çeşitli amaçlarla daha etkili adsorpsiyon meydana getirmek için adsorpsiyon filtreleri gibi kullandıkları adsorpsiyon araçlarını ya da adsorbatları çeşitli malzemlerle modifiye edebilirler.
BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA ABSORPSİYON :
Doku Mühendisliğinde Absorpsiyon:
Doku mühendisliği, hasar görmüş dokuların onarılmasını, yenilenmesini ve kendi kendilerini iyileştirme mekanizmalarını hızlandırmayı hedefler. Ayrıca hedefleri arasında organ yetmezliği yaşayan hastaların hayat kalitesini arttırmak ve organ nakline alternatif sunmak da yer alır.
Bunun için hasar görmüş dokuya uygun bir malzeme tasarlayarak, ya da var olan malzemeleri kullanarak dokunun yenilenmesini sağlar. Dokunun doğasını ve yara iyileşme sürecini mühendislik prensipleriyle birleştirir. Doku Mühendisliği, hasarlı dokuyu iyileştirmek için; doğal ya da sentetik olarak üretilen biyo-uyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilir çeşitli malzemeleri kullanarak dokunun yeniden oluşmasını teşvik eden bileşenlerle yüklenmiş iskele ve hidrojel gibi yapıların dokuya implantasyonunu içerir.
İskeleler:
Hasarlı dokuların iyileşmesi için dokudaki hücrelerin iskele (scaffold) isimli yapıların boşluklarına yerleşmesi gerekir. İskelenin içine hücrenin hayatta kalabilmesi ve gelişebilmesi için büyüme faktörleri, su ve çeşitli besinler girer yani absorbe olur. İskeleye absorbe olan bu maddeler zamanla yeni doku oluşumu ve rejenerasyonu destekleyecek mikro çevreyi hücreye sağlar.
Hidrojeller; 3 boyutlu çapraz bağlı Polimer ağlarıdır. Yapılarına sıvıları emerek dahil ederler. Hidrojellerin yapısında çok sayıda hidrofilik grup olduğundan özellikle suyu iyi bir şekilde absorbe ederler. Su aldıklarında şişerler. Hidrojellerin suyu ve maddeleri emmesi, doku mühendisliğinde absorpsiyona verilebilecek en güzel örneklerdendir.
Yumuşak, esnek ve çok gözeneklidirler bu yönleriyle canlı dokularla benzerler böylece doku mühendisliğinde istenen biyo-uyumluluğu çok iyi sağlar. Hücrelere hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları mikroçevreyi verirler.
Hidrojeller kaynaklarına göre sentetik, yarı sentetik ya da doğal olarak sınıflandırılabilir. Doğal kaynaklardan elde edilen hidrojellere örnek olarak kitosan, kollojen, agaroz, fibrin, hiyalüronik asit ve jelatin verilebilir.
Sentetik hidrojeller ise, tamamen insan eliyle yapılan polimerlerden elde edilir. Örneğin, poliakrilamid, polietilen glikol ve poliakrilik asit gibi monomerler polimerleşme reaksiyonlarına sokularak sentetik hidrojeller elde edilir.
Yarı sentetik hidrojeller, doğal kaynaklı polimerlerin kimyasal olarak işlemlerden geçirilerek modifiye edilmesiyle elde edilir. Hiyolüronik asidin akrilat ile modifiye edilmesiyle yarı sentetik AcHyA isimli hidrojel elde edilir.
Doku mühendisliğinde hidrojeller ve iskeleler gelişen yeni teknolojilerle birlikte doku ile daha iyi biyo-uyumluluk göstermeleri ,daha uzun ömürlü olmaları veya maddeleri absorplama kapasiteleri arttırılarak daha etkili biyomalzemelere dönüştürülmeleri için Biyomühendisler tarafından modifiye edilebilirler.
KAYNAKÇA:
ADSORPSİYON VE ABSORPSİYON :
(2026,June). What is the difference between absorption and adsorption. www.cotes.com. https://www.cotes.com/faq/what-is-the-difference-between-absorption-and-adsorption
Cussler, E. L. (2009). Diffusion: mass transfer in fluid systems. Cambridge university press.
Fomina, M., & Gadd, G. M. (2014). Biosorption: current perspectives on concept, definition and application. Bioresource technology, 160, 3-14.
Ruthven, D. M. (1984). Principles of adsorption and adsorption processes. John Wiley & Sons.
KROMATOGRAFİDE ADSORPSİYON VE DESORPSİYON:
Premnath, S. M., & Zubair, M. (2024). Chromatography. StatPearls.
FİZİKSEL, KİMYASAL VE BİYOLOJİK ADSORPSİYON:
Allangawi, A., Alzaimoor, E. F., Shanaah, H. H., Mohammed, H. A., Saqer, H., El-Fattah, A. A., & Kamel, A. H. (2023). Carbon capture materials in post-combustion: adsorption and absorption-based processes. C, 9(1), 17.
Fomina, M., & Gadd, G. M. (2014). Biosorption: current perspectives on concept, definition and application. Bioresource technology, 160, 3-14.
Sieber, A., Spiess, S., Rassy, W. Y., Schild, D., Rieß, T., Singh, S., ... & Guebitz, G. M. (2025). Fundamentals of bio-based technologies for selective metal recovery from bio-leachates and liquid waste streams. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 12, 1528992.
BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA ADSORPSİYON:
Waldron, R. T., Wang, R., Shishido, S. N., Lugea, A., Ibrahim, A. G., Mason, J., ... & Pandol, S. J. (2025). Selective removal of proteins and microvesicles ex vivo from blood of pancreatic cancer patients using bioengineered adsorption filters. Cancer Letters, 614, 217546.
Abbas, A. E. F., Al-Khateeb, L. A., Tantawy, M. A., & Elyan, S. S. (2026). A nanocomposite electrochemical sensor for the first adsorption-controlled voltammetric sensing of pizotifen in pharmaceutical and biological matrices. Microchemical Journal, 117802.
BİYOMÜHENDİSLİK UYGULAMALARINDA ABSORPSİYON :
Eldeeb, A. E., Salah, S., & Elkasabgy, N. A. (2022). Biomaterials for tissue engineering applications and current updates in the field: a comprehensive review. Aaps Pharmscitech, 23(7), 267.
Ho, T. C., Chang, C. C., Chan, H. P., Chung, T. W., Shu, C. W., Chuang, K. P., ... & Tyan, Y. C. (2022). Hydrogels: properties and applications in biomedicine. Molecules, 27(9), 2902.
