Mikroskop ile doğrudan gözlemlenemeyecek kadar küçük olan “yürüyen molekül”ün nanometre düzeyindeki ilk adımları kaydedildi. Ona “küçük molekül yürüyüşçü” deniyor. Oxford Üniversitesi’nden kimyacılar tarafından yapılan bu çığır açıcı kayıt, “nanorobotlar”ı geliştirme yolunda önemli bir kilometre taşı.
Oxford Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Dr. Gökçe Su Pulcu, “Gelecekte daha karmaşık moleküler makinelerin yapıtaşları olarak kullanılabilecek tekil mülekülleri taşıyan küçük makineleri hayal edebiliriz. Hücrelerin içinde küçük cımbızların çalıştığını düşünün” diyor ve ekliyor: “Nihai amaç, moleküler yürüyüşçüleri nano-taşıma ağlarını biçimlendirmek için kullanmak.”
Araştırmacılar daha önce, hareket eden makinelerin ve yürüyüşçülerin DNA’dan oluşturulabileceğini göstermişlerdi. Fakat DNA, küçük molekül yürüyüşçülerden çok daha büyük ve DNA’dan oluşturulan makineler sadece suda çalışıyor.
Araştırmanın önündeki büyük sorun, mikroskopların sadece hareket halindeki, 10-20 nanometreden büyük nesneleri tespit edebiliyor olması. Bu, uzun adımları bir nanometre olan küçük molekül yürüyüşçülerin, ancak 10-15 adım attıktan sonra tespit edilebileceği anlamına geliyor. Bu nedenle bir yürüyüşçünün yeni bir konuma, orta büyüklükteki adımlar atmak yerine sıçrayarak mı veya süzülerek mi geldiğini söylemek, mikroskop kullanarak mümkün olmuyor.
Oxford Üniversitesi Bayley Grubu’nda bulunan Su ve meslektaşı, Nature Nanotechnology’ye bildirdikleri üzere, bir yürüyüşçünün her adımını gerçek zamanlı tespit etmek için yeni bir yaklaşım denedi. Buldukları çözüm şuydu: Arsenik içeren bir molekülden yürüyüşçü oluşturmak ve bir nano-gözeneğin içinde oluşturulan yol üzerinde bu yürüyüşçünün hareketlerini takip etmek. Nano-gözenekler halihazırda, Bayley Grubu tarafından geliştirilen ve öncü niteliğindeki DNA dizilim teknolojisinin temelini oluşturuyor. Burada, küçük protein gözenekleri, içlerinden geçen molekülleri tespit ediyor. Her baz, nano-gözeneğin içinden geçirilen elektrik akımını, DNA bazlarının (A, C, G ya da T) okunabileceği şekilde değişik miktarlarda aksatıyor.
Bu yeni araştırmada, yürüyüşçünün nasıl hareket ettiğini görmek için, nano-gözenek içinde beş “ayak basma noktası”ndan oluşan bir yol oluşturuldu. Su şöyle açıklıyor: “Yürüyüşçünün hareket ettiğini göremiyoruz ama, molekül ayak basma noktaları arasında hareket ettikçe, gözenek boyunca akan iyonik akımdaki değişimleri haritalayarak molekülün nasıl bir ayak basma noktasından diğerine ve sonra tekrar geriye adım attığını kaydedebiliyoruz.”
Yürüyüşçünün başka yere sürüklenmediğinden emin olmak için onu, kimyasal bağlar yaparak ya da kırarak yola yapışabilecekleri ayaklarla tasarladılar. Su, “Bu biraz, altına yapıştırıcı sürülmüş ayakkabılarla halıda yürümeye benziyor: Her adımda yürüyüşçünün ayağı yapışıyor ve bir sonraki ayak basma noktasına hareket etmek üzere ayrılıyor.” Bu yaklaşım çok çeşitli yüzeylerde yürüyebilen bir makine tasarlamayı olanaklı kılabilir.
Bu denli küçük bir makine, büyük bir başarı; fakat Su’yun öncelikle itiraf ettiği üzere, programlanabilen nanorobotların gerçeklik kazanması için üstesinden gelinmesi gereken pek çok zorluk var. “Şu anda yürüyüşçünün hangi yönde ilerlediği üzerinde pek kontrol sahibi değiliz, şimdilik oldukça rastlantısal ilerliyor” diyen Su, ekliyor: “Protein yolu biraz dağ yamacı gibi; yürümenin daha kolay olduğu bir yön var ve yürüyüşçüler bu yönde ilerleme eğiliminde. Bir yürüyüşçüyü istediğimiz yöne yönlendirecek yollar yapmak için bu eğilimden yararlanabilmeyi umuyoruz.”
Bir sonraki zorluk, yürüyüşçünün kendisini kullanışlı hale getirmekte olacak, örneğin kargo taşıtmak gibi. Yürüyüşçünün “baş” kısmında bir molekül taşımak için halihazırda boşluk var. Gerekirse kargo, görevin tamamlanması için arzu edilen başka bir kısımda da yer alabilir.
Su, “Bu yürüyüşçülerin hareketlerini, çok ince bir floresan tabaka ile etkileşime geçecekleri yol boyunca kontrol edebilecek ve mikroskop altında gözlemleyebilecek bir yüzeyi oluşturabiliyor olmalıyız. Bu, farklı duraklara ve bu duraklar arasında kargo taşıyan yürüyüşçülere sahip çiplerin tasarlanmasını, başka bir deyişle bir nano-taşıma sisteminin başlangıcını olanaklı hale getirir” diyor.
Bunlar, yeni bir teknolojinin ilk deneysel adımları; fakat şurası kesin ki, bu gelişme atılan bebek adımlarından çok daha büyük gelişmeleri vaat ediyor.
