Atomlardan Raylar, Moleküllerden Vagonlar

Günlük hayatta kullandığımız makinelerin atom ölçeğinde benzerlerini yapmak için uzun süredir  çalışmalar yürütülüyor. Özellikle 2016 yılındaki Nobel Kimya Ödülü’nün moleküler makinelerin ilk örneklerini geliştiren araştırmacılara verilmesinden sonra bu alanda yapılan çalışmalar hız kazandı.

Bugüne kadar gerçeğe dönüştürülmüş moleküler makineler arasında motor, asansör ve kaslara benzer biçimde çalışan esnek yapılar var. Günümüzde moleküler makineler üzerine yapılan araştırmaların yoğunlaştığı bir konuysa bu basit makineleri yararlı amaçlar için kullanılabilecek daha karmaşık sistemlerin bir parçası hâline getirebilmek.

Moleküler makinelerin potansiyel kullanım alanlarından biri de ilaçları vücudun belirli bölgelerine taşımak olabilir. Bu amaca ulaşmak için aşılması gereken en büyük zorluklardan biriyse moleküler makinelerden oluşan sistemlerin atom ölçeğindeki hareketlerinin nasıl kontrol edileceği. Dr. Donata Civita ve arkadaşları yakın zamanlarda bu zorluğun aşılması açısından çok önemli bir başarıya imza attı. Araştırmacılar, Science’ta yayımladıkları makalelerinde, bir molekülün bir yüzey üzerindeki hareketlerini kontrol etmeyi başardıklarını açıkladılar. Molekül, tıpkı bir trenin raylar üzerinde hareket etmesine benzer bir biçimde, 150 nanometre uzunluğundaki düz bir hat üzerinde arzu edildiği gibi ileri-geri hareket ettirilebiliyor.

Araştırmacılar, yaptıkları deneylerde dibromoterflüoren (DBTF) moleküllerini ve gümüş yüzeyleri kullanmışlar. Hem kullanılan molekülün hem de kullanılan yüzeylerin yapısının elde edilen sonuçlar açısından çok önemli olduğu belirtiliyor. Başka bir deyişle aynı yöntemlerin başka moleküller ya da başka yüzeyler üzerinde kullanılması benzer sonuçları vermeyebilir.

Araştırmacılar, molekülün hareketlerini kontrol etmek için taramalı elektron mikroskoplarından (STM) yararlanıyor. Önce, mikroskopların uçları kullanılarak molekülün yönelimi belirli bir rota üzerinde hareket etmeye uygun hâle getiriliyor. Daha sonra elektrik alanları yardımıyla moleküle itme-çekme kuvvetleri uygulanarak düz bir hat üzerinde ileri-geri hareket etmesi sağlanıyor. Bu yöntem ile molekülün hareketi o kadar hassas bir biçimde kontrol edilebiliyor ki molekül 150 nanometrelik hareketin sonunda belirlenen rotadan en fazla 0,1 nanometre sapıyor.

Geliştirilen moleküler makineyi gelecekte dokulara ilaç dağıtımı yapan daha karmaşık bir makinede “yük vagonu” gibi kullanmak mümkün olabilir. Ancak bu amaca ulaşmak için hâlâ aşılması gereken pek çok zorluk var. Örneğin vagonlara ilaçların nasıl yükleneceği, dokuların içinde bu vagonların nasıl boşaltılacağı gibi... Ayrıca vagonların hareketlerini kontrol edecek moleküler makinelere de ihtiyaç var.