Geleceğin teknolojisi Nanoteknoloji
Nanoteknoloji, maddenin atomik, moleküler ayrıca supramoleküler seviyede kontrolüdür.
Nanoteknolojinin ayrıca bugün moleküler nanoteknoloji olarak bahsedilen en eski ve yaygın tanımı, tam olarak makroölçek ürünlerinin imalatı için atomların ve moleküllerin kontrolünün belirli bir amacını ifade etmektedir. Nanoteknolojinin daha genel tanımı sonradan National Nanotechnology Initiative tarafından yapılmıştır. National Nanotechnology Initiative, nanoteknolijiyi en az bir boyutunun büyüklüğü 1’den 100 nanometreye kadar olan maddenin kontrolü olarak tanımlar. Bu tanım şu gerçeği gösteriyor ki; kuantum mekaniği etkileri bu kuantum-alan ölçeğinde önemlidir. Bu yüzden tanım belirli bir teknolojik amaçtan çok, verilen büyüklük sınırının altında oluşan maddenin özel niteliklerini ele alan tüm teknoloji ve araştırma türlerini kapsayan bir araştırma kategorisine dönüştü. Bu yüzden “nanoteknolojileri”nin ve “nanoölçek teknolojileri”nin çoğul formunun ‘ortak özelliği büyüklük olan geniş bir dizi araştırma ve uygulamaları ifade ettiğine sıkça rastlanır. Potansiyel uygulamaların (endüstriyel ve askeri dahil) çeşitliliği yüzünden devletler nanoteknoloji araştırmaları için milyarlarca dolar yatırım yaptı. National Nanotechnology Initiative dolayısıyla ABD 3.7 milyar dolar yatırım yaptı. Avrupa Birliği 1,2 milyar dolar ve Japonya 750 milyon dolar yatırım yaptı.
Nanoteknoloji uygulamalarında üretilen malzemeler, parçalar, aletlerin hepsi atomlardan oluşmaktadır.
Nanoteknolojinin Kullanım Alanları
Endüstriyel Alanda Nano Teknoloji :
Mikrosensörlerin, mikromakinaların, optoelektronik elemanların imalatı ve uygun şekilde bir araya getirilmesi.
Medikal Alanda Nano Teknoloji :
Mikro cerrahide (göz, beyin vb.), Diagnostik kitlerde, Bilimsel Araştırmalarda, Yüzey karakterizasyonu ve modifikasyonu, Mikroorganizmaların taşınması, DNA modifikasyonu vb.
Nanoteknolojinin Diğer Kullanım Alanları
Nanoteknoloji uygulamalarında üretilen malzemeler, parçalar, aletlerin hepsi atomlardan oluşmaktadır. Nanoteknoloji ile karbon atomlarının uygun bir şekilde dizilmesiyle elmas, kum tanelerindeki atomların düzenlenmesiyle bilgisayarlar, kirli sulardaki atomların düzenlenmesiyle temiz su oluşumu sağlanabilmektedir.
Bilim adamları biyolojik moleküller ile bir test tüpü içinde bir bilgisayar oluşturmayı başarmışlardır. Araştırmacılar ileride insan bedeni içinde çalışacak ve bedendeki biyokimyasal ortam ile etkileşerek önemli biyolojik ve farmokolojik uygulamalara olanak sağlayacak bilgisayarlar geliştirmeye çalışmaktadırlar.
Şu ana kadar nanotenoloji kullanımı ile organik nikelden biyomoleküler motor yapılabilmiştir. Özellikle elektronik sistemlere yönelik tek moleküllü transistörler yapılmış, nanopartiküller oluşturularak, bunlar kan vasıtasıyla beyne kemoterapi amacı ile taşınılabilmiştir. Oluşturulan altın partiküller sayesinde biyolojik savaşın en kritik kısmı olan DNA tespiti gerçekleştirilmiştir. Moleküler kıskaçlar geliştirilebilmiş ve karbonnanotüplerde lojik kapılar elde edilebilmiştir.
İleride nanoteknoloji malzeme bilimi, tıp, askeri sanayi, temiz enerji kaynakları, bilgisayar, çevre ve gıda gibi konularda yaygın olarak kullanılabilecektir. Mikro-Alaşım Bilimi; Akışkanlardan, ulaşım, enerji, vb makro düzeyde yaralanmanın yanı sıra nanoteknolojik gelişmeler sayesinde mikro-nano düzeyde de yararlanılmaktadır. Bu gelişmeler günümüzde akışkanın nanodüzeydeki özelliklerine bağlı olarak hastalıkların teşhisine, ilaç etkileşimlerinin belirlenmesine, DNA düzenlenmesine ve işlenmesine olanak sağlamaktadır. Ayrıca vucuda alınan gıda maddelerinin ve sıvıların izlenmesi, bitki ve hayvanlardaki sağlık takibi, çevresel izleme ve denetleme gibi konularda uygulamalar mümkün olmaktır.
BiyoMEM-BiyoNEM-Biyoçip;
Mikroelektronik (MEM) sistemlerden mikro-düzeyde tam fonksiyonel pompalar, motorlar, duyargalar vb kullanılmaktadır. Bu sistemlerin mikro düzeyden nano düzeye geçişi üzerine çalışılmaktadır.
Nükleik Asit Biyomühendisliği;
DNA moleküllerinin yapı blokları olarak kullanılması suretiyle nanokablolar ve nanomembranlar benzeri yapıların geliştirilmesi amaçlanmaktadır.
Akıllı Taşıyıcı Sistemler;
Moleküler ölçekte kodlanmış paketlerin kendilerine tanımlanan adres uyarınca vücudun ilgili bölgesine ulaştırılmasına imkan verecek olan sistemler geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu sayesinde bitki ve hayvanlarda vitamin, antibiyotik, pestisit ve gübre kullanımında tasarruf ve etkinlik artışının sağlanabileceği öngörülmüştür. Böyle bir minyatür akıllı taşıyıcı aracın hayvana yerleştirilmesi ile hayvan salgınlarının belirli aralıklarla test edilerek olası hastalık semptomlarının normal şartlarda kendini göstermesinden çok daha önce tespitinin sağlanması ve sadece hastalıklı bölgeye müdahalesi mümkün olmaktadır.
Nano-Biyoproses;
Biyolojik malzemeden doğan biyolojik proseslerin kullanımıyla istenilen birleşimlerin elde edilmesi olarak tanımlanan biyoproses, nanoteknoloji sayesinde çok daha yüksek bir etkinlikte gerçekleştirilmektedir.
Biyoanalitik Nanosensörler;
Nano ölçekte duyargalar yardımıyla tarım ve gıda sistemlerindeki çok düşük miktarda da olsa dahi kimyasal kontaminasyon, patojenlerin veya virüs partiküllerinin tespit edilmesi mümkün olmaktadır. Gıda maddelerinin ambalajlanmasında kullanılacak bu sistemler sayesinde gıda ürünlerinin mikrobiyal kontaminasyonunun önceden tespiti ve kendi kendini koruma mekanizmaları yardımıyla önlenmesi sağlanabilmektedir. Böylece gerek depolama gerekse dağıtımda oldukça önemli kolaylıklar ve tasarruflar sağlanacaktır.
Nanomalzemeler;
Gerek nanoteknoloji sayesinde yeni malzeme buluşuyla gerekse doğada var olan bazı malzemelerin (örneğin; topraktaki nanopartiküller-kil, zeolit, imogolit) kullanılması suretiyle nano ölçekte farklı özellikler gösteren kompozit malzemelerin kullanımı mümkün olabilmektedir. Bunlardan saydamlık, azalan ağırlık, artan dayanım özelliklerini gösteren malzemeler, giyenin sağlık ve fiziki durumu hakkında uyarılar veren akıllı kumaşlar örnek olarak verilebilir. Tarımsal materyalin faydalı ürünlere dönüştürülmesi ve bu sayede çevrenin korunumu nanoteknoloji sayesinde gerçekleştirilebilecektir. Günümüzde özellikle bitkisel yağların biyo-yakıtlara ve endüstriyel çözeltilere dönüştürülebilmesinde ihtiyaç duyulacak nano-katalizörlerin geliştirilmesi ve tasarımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır.
Biyoselektif Yüzeyler;
Çeşitli kimyasal ve biyolojik etkileşimlerin meydana geldiği yüzeyler üzerinde çeşitli organizmaların veya moleküllerin tutunabilmesini veya bağlanabilmesini sağlayan seçici yüzeyler olarak tanımlanan biyoselektif yüzeylerdeki gelişmeler, biyosensörlerin, dedektörlerin, katalizörlerin gelişimine ve biyomoleküllerin ayrıştırılmasına ve saflaştırılmasına bağlıdır.
Ekmek, fasulye, pilav, marul salatası, parmak patates, meyve ve daha nice tarım ürünleri tüketim amacıyla yemek masasına gelmeden önce birçok çevresel etki altında kalmaktadır.
Yetiştiricilerin söz konusu bu etki altında ekim, sulama, gübreleme, hasat gibi işlemler ile ilgili çeşitli kararları zamanında vermesi gerekmektedir. Bu ürünlerin yabani hayvanlara, yabancı otlara, böceklere, fungal patojenlere ve kötü hava koşullarına, su ve sıcaklık stresine karşı zaman kaybetmeden korunması lazımdır. Bu nedenle tarladaki ürünlerin her gün takibi ve kontrolü sayesinde kritik sağlık problemlerinin önüne geçilebilmekte ve bunun yanısıra pestisit kullanımında tasarruf sağlanabilmektedir. Ancak tarlada yapılan ürün takip işlemleri yetiştiriciler için hem zaman alıcı hem de uzmanlık gerektiren bir iş olarak değerlendirilmektedir. Çeşitli uygulama alanları verilen nanoteknoloji sayesinde tüm bu işlemlerin oldukça basite indirgenmesi, çok daha doğru kararların doğru zamanda verilmesi ve doğru önlemlerin alınabilmesi mümkün olacaktır.
Nanoteknolojideki İlk Gelişmeler
Nanoteknoloji alanında başta NASA olmak üzere dünyanın pek çok büyük araştırma merkezleri ve önde gelen teknoloji enstitüleri milyonlarca dolarlık bütçelerle araştırmalarını büyük bir hızla sürdürüyorlar. Geçtiğimiz Şubat ayında yapılan Kolorado Bilim Konferansı’nda, 2004 yılı içerisinde, bir tuz zerresi üzerine monte edilebilecek 400 adet dünyanın en yoğun bilgisayarının ilk yürüyen çip yapımında kullanılabileceği, bunda başarılı olunduğu takdirde gelecek adımın sinek büyüklüğündeki bir robot böcek yapımı olduğu dünya basınına açıklandı ve bu büyük bir ilgiyle karşılandı. Bilgisayar alanında bu gelişmelere paralel olarak, Malzeme Bilimindeki araştırmalarla çelikten çok daha sağlam, fakat çok daha hafif ve esnek, nano ölçülerde karbon borular yapılmıştır. Üretim maliyeti günlük hayatta kullanılmasına şimdilik imkân vermeyen karbon boruların gittikçe ucuzlaması, imalat alanında bir devrim yaratacaktır.
Başka örnek olarak deniz suyunu temizleme ve tuzdan arındırma amacıyla üretilennanomakineler, aktive edilmiş karbon atomlarından, genişlikleri metrenin milyarda biri kadar olan “mikroborular” üretmekte kullanılabilirler. Elektrik akımıyla harekete geçirilen bu borular deniz suyundaki sodyum ve klor atomlarını ayrıştırabilirler. Bu teori de şu an proje aşamasına geçmiş durumdadır. ABD Boston Üniversitesi’nde bağımsız bir grup araştırmacı konu üzerinde çalışmalarına başlamıştır.
