Ana sayfa 46. Sayı Geleceği dünyasını şekillendiren nanoteknoloji

Geleceği dünyasını şekillendiren nanoteknoloji

Bilim Gündemi (Uğur Aksu)

173
PAYLAŞ

Cenk Kığ

Geleceği dünyasını şekillendiren nanoteknoloji

Bazı uzmanlar tarafından geleceğin endüstri devrimi olarak da nitelendirilen nanoteknoloji alanındaki araştırma ve geliştirme çalışmalarının hız kazanmasıyla birlikte, bilişim, elektronik, enerji, tekstil, tıp, biyoteknoloji, farmakoloji, makine endüstrisi ve askeri teknolojiler gibi çok sayıdaki alanda yeni ufuklar açılmıştır. Çeşitli dünya ülkeleri bu teknolojinin geliştirilmesi yönünde üniversitelerde ve endüstriyel üretim alanlarında önemli yatırımlar yaparken ülkemizde de bazı adımlar atılmıştır. Bu konuda yapılan girişimlerin en önemlilerinden biri Bilkent Üniversitesinde Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi’nin (UNAM) kurulmasıdır. Ayrıca ülkemizde bu alanla ilgili uluslararası kongre ve seminerler de düzenlenmektedir. Bunlara ek olarak 22-23 Kasım 2007 tarihleri arasında İstanbul’da düzenlenecek olan “İtalya Ve Türkiye Biyoteknoloji Ve Nanoteknoloji Alanlarında İşbirliği İmkanları” konulu seminer ve ikili görüşmeler kapsamında Türkiye’deki üniversite, kamu kuruluşları ve özel şirketlerin İtalyan şirketlerle ortak çalışmalar yaparak bu alandaki ARGE çalışmalarının hızlandırılması da amaçlanmaktadır.

Nanoteknolojinin öncüleri olarak nitelendirilen Peter Grünberg ve Albert Fert, sabit disklerin boyutlarının önemli ölçüde küçültülmesine ve disk üzerindeki bilgilerin hassas bir şekilde okunabilmesine olanak veren teknolojinin geliştirilmesi yönündeki katkıları nedeniyle fizik alanında 2007 Nobel ödülüne layık görüldüler. Nanoteknoloji alanındaki bilgi birikiminin artmasıyla birlikte, bazı bilimkurgu romanlarında konu edilen süper güçlü bilgisayarların, insanı görünmez yapan giysilerin, kendini çoğaltıp gerektiğinde onarabilen elektronik aygıtların veya insan dokularındaki hasarları ve fizyolojik kusurları ortadan kaldıran mikroskobik robotların da gelecekte sadece hayal ürünü olarak kalmayabileceği yönünde yeni umutlar doğmaktadır.

Scientific American dergisinin nanoteknoloji raporu

Scientific American dergisinin Eylül 2007 özel sayısında nanoteknoloji alanındaki gelişmelere yer verildi. Dergide, nanoteknolojinin günümüzdeki uygulama alanlarına ilişkin bilgilerin yanı sıra konu hakkındaki son gelişmeler ve teknolojinin kullanımına ilişkin üretim aşamasında karşılaşılan sorunlar çeşitli başlıklar altında ele alınıyor.

Farklı alanları kapsayan başlıkların ilkinde nanoteknoloji konusundaki ayrıntılı bilgi birikiminin henüz oluşmaya başladığı ve bu bilgilerin geleceğin nanoteknolojisi için temel oluşturacağına değiniliyor. Nanoteknoloji ürünü aygıtların makroskobik nesnelerden küçük ancak moleküllerden daha büyük olan mezo-ölçeğe sahip olduğu ve bu nesnelerin özelliklerinin klasik fizik ve kuantum mekaniğinin kombinasyonlarını kapsayan yasalarla belirlendiği belirtiliyor. Ayrıca mühendislerin güvenilir ve verimli bir şekilde çalışan nanoaygıtlar üretebilmesinin ancak, mezo-ölçekteki karmaşık atom sistemlerine ilişkin etkileşim ve davranışların fizik yasaları kapsamında tam olarak anlaşılmasıyla mümkün olabileceği de vurgulanıyor. Bunların yanı sıra, nanoteknolojinin gelişmesinin 100 nm’den daha küçük çaptaki yapıların verimli bir şekilde üretilebilmesiyle sağlanabileceği de belirtiliyor. Günümüzde mikroçiplerin üzerindeki devrelerin oluşturulmasında kullanılan fotolitografi teknolojisiyle nanometre ölçekli yapıların üretilebileceği, ancak bunun için gerekli olan modifikasyonların teknik olarak zor ve çok pahalı olduğuna değiniliyor. Nano-üretim tekniklerinin, bir yüzeye molekül kümelerinin eklenmesini veya bu molekül gruplarının biçimlendirilmesini kapsayan yukarıdan-aşağı yöntemler ve nanoyapıları oluşturmak üzere atom ya da moleküllerin birleştirildiği aşağıdan-yukarı yöntemler olmak üzere iki temel gruba ayrılabileceği belirtiliyor.

Dergide ele alınan diğer bir konu ise moleküler “lego” olarak nitelendirilen ve istenilen şekildeki nano-ölçekli yapıların tasarlanabilmesine olanak sağlayan küçük yapıtaşları. Hücrelerde çok farklı biyolojik işlevleri yerine getiren proteinler doğal nano-makineler olarak düşünülebilir. Aminoasit zincirlerinden oluşan bu esnek yapılar (polipeptidler) çeşitli katlanmalar yaparak işlevsel biçimini kazanıyor. Doğadaki bu nano-makinelerden esinlenen kimyagerler, bis-aminoasit adı verilen yeni bir molekül kitaplığı kurmuşlar. Bis-aminoasitlerin legolar gibi farklı kombinasyonlarda birbirine eklenmesiyle, istenilen şekillerde tasarlanabilen proteinlere benzer yapılar (bis-peoptidler) elde ediliyor. Bis-peptidlerin potansiyel kullanım alanları arasında bazı enzimler, kimyasal sensörler ve bilgi depolama aygıtlarının üretilmesi gibi çeşitli uygulamalar yer alıyor.

Bis-aminoaistlerin yanı sıra canlı türlerinin tümüne yakın bir kısmında kalıtsal madde görevini üstlenen DNA (deoksiribonükleik asit) molekülü de nano-ölçekli yapıların üretilmesinde kullanılabilmektedir. DNA zincirlerindeki bazların tamamlayıcılık (özgün eşleşme) özelliği sayesinde DNA zincirlerinin önceden programlanan belirli karmaşık şekilleri oluşturabileceği belirtilmekte. Kristallografi uygulamalarında taşıyıcı yapılar olarak iş görebilen özel şekilli bu DNA moleküllerinin aynı zamanda molekül büyüklüğündeki elektronik aygıtları da taşıyabileceği bildiriliyor.  Nano-ölçekli DNA makinelerinin çalışmasında da DNA moleküllerinin üç boyutlu yapısındaki değişimlerin rol oynayabileceği vurgulanıyor. Üç boyutlu biçim değişiklikleriyle sağlanan hareketin çeşitli kimyasallar veya özel bazı DNA dizileri aracılığıyla kontrol edilebileceği düşünülüyor.

Dergideki ilgi çekici diğer bir konu ise canlı bilgisayarlar. Canlı hücrelerin sahip olduğu doğal biyomoleküler makinelerde bilginin işlenmesi (yapıtaşlarının tanınması, kesme ve biyopolimer moleküllerin eklenmesi, bazı moleküllerin polimerler üzerinde hareket edebilmesi vb.), bir çeşit ilkel bilgisayar olarak da adlandırılan Turing makinelerindekine benzer şekilde sağlanmaktadır. Dergideki makalede, Turing makinesindekine benzer şekilde otomasyonun sağlandığı, DNA ve enzimlerden yapılmış olan bir sistemin hesaplamalar yapabileceği ve aynı zamanda diğer biyomoleküllerle bilgi alış verişini de sağlayabileceğine değiniliyoir. Canlıların yapıtaşlarından üretilen böyle bir bilgisayarın tıbbi amaçlı olarak kullanılabileceği de öngörülüyor.

Nano-tüpler ve nano-ağların ele alındığı yazıda ise karbon nano-tüplerinden oluşturulan nano-ağların elektronik aygıtlar olarak kullanılabileceği anlatılıyor. Bir nano-ağı oluşturan her bir nano-tüpün, tek bir atom kalınlığındaki karbon yaprağından oluştuğu ve grafit adı verilen bu yapının yuvarlanmasıyla 1 nanometre çaplı silindirlerin elde edildiği belirtiliyor. Bu silindirlerin çapı, insanın saç telinin çapından 50.000 kat daha küçüktür. Elektrik akım, birbirine bağlı nano-tüplerden oluşan bu ağın içinde bir elektrottan diğerine aktarılır. Yazıda çeşitli elektronik işlevlerin bu ağlar sayesinde çok düşük maliyetlerle üretilebileceği vurgulanıyor. Bunlara ek olarak karbon nano-tüplerin dayanıklı olmaları bakımından taşınabilir cihazların üretimi için de uygun nitelikte olduğu bildiriliyor. Önümüzdeki birkaç yıl içinde karbon nano-ağların sensörler, güneş pilleri ve elektronik kağıt üretimi gibi süreçlerde kullanılabileceğine değiniliyor. Özellikle saydam ve esnek yapılı karbon nano-ağından yapılan elektrotlar, günümüzde güneş pillerinde kullanılan elektrotlardan çok daha ucuza mal olacak.

Nanoteknoloji alanındaki uygulamalar kapsamında plazmonik olarak adlandırılan teknolojinin ele alındığı yazıda, belli koşullar altında bir ışık demetinin metal yüzeye çarpmasıyla oluşturulabilen plazmonlar (elektron yoğunluk dalgaları) aracılığıyla optik sinyaller ve diğer elektromanyetik dalgaların çok küçük boyutlardaki kabloların içine sıkıştırılabildiği belirtilmiş. Verilerin taşınması için ışığın mükemmel bir ortam olduğu ve plazmonik devreler aracılığıyla büyük miktardaki verinin çip üzerinde hızlı bir şekilde taşınabileceği vurgulanmış. Bunların yanı sıra plazmonik bileşenlerin, mikroskopların çözünürlüğünün artırılması, kimyasal ve biyolojik detektörlerin duyarlılıklarının yükseltilmesi yönünde de katkılar sağlayabileceği bildirilmiş. Plazmonik maddelerin, bir nesnenin etrafındaki elektromanyetik alanı nesnenin görünmez olmasını sağlayacak ölçüde değiştirebilme olasılığının bulunduğuna da dikkat çekilmiş.

Bunlara ek olarak araştırmacıların nano-ölçekli transistor, kablo ve diyot gibi elektronik bileşenleri üretmeyi başardığı bundan sonraki daha zor aşamanın, bu bileşenlerin bir araya getirilerek nano-ölçekli elektronik devrelerin kurulması olduğu belirtiliyor.

Nano-tıp alanının konu edildiği yazıda ise inorganik maddelerden yapılmış olan nano-ölçekli objelerin biyomedikal araştırmalar, hastalık tanısı ve hatta tedavi alanlarında kullanılabileceğine dikkat çekiliyor. Bu nano-yapıların, gerektiğinde ilaçların doğrudan hedef dokulara ulaştırılmasını sağlayarak yan etkilerin önlenebileceği, yapay nano-yapıtaşları sayesinde dokulardaki hasarların onarılabileceği ve hatta organ rejenerasyonunun bile mümkün olabileceğine değiniliyor.

Gelecekte yaşamın her alanını etkileyerek insan hayatına da yön verebilecek potansiyele sahip olan bu teknolojinin kötü amaçlı kullanılabilme olasılığının da bulunması nedeniyle ileriki yıllarda nanoteknolojinin kullanımına ilişkin etik tartışmaların artması da olası görünmektedir.