Uzaydaki Büyük Teleskoplar

Güneş ve Benzer Yıldızların Yaşam Döngüsü Nasıldır?

Dünya’nın En Büyük Mercan Kolonisi Keşfedildi

Dijital Oyun Oynamayı Ne Kadar Seviyorsun?

Kas-İskelet Yaralanmalarında Bir Biyolojik Tedavi Yöntemi: PRP Nedir?

4005-Yenilikçi Eğitim Uygulamaları Destekleme Programı’nın 2024 Yılı Çağrısı Yayınlandı!

4004-Doğa Eğitimi ve Bilim Okulları Destekleme Programı’nın 2024 Yılı Çağrısı Yayınlandı!

Nano Dünyanın Kahramanları: Nanobotlar

Dr. Zeynep Bilgici

12/06/2014

Feymann 29 Aralık 1959 yılında yaptığı “Aşağıda Çok Yer Var” isimli konuşmasında iki tane gerçekleştirilmesi zor projeden bahsetti.

Bilinmezi arama duygusu ile dopdolu olan biz insanlar, bir yandan uzay denen sonsuz boşluğu keşfederek büyük gezegenlere hatta yıldızlara gitmenin yollarını ararken diğer yandan küçük moleküllere karşı inanılmaz bir merak duyuyoruz.

Büyük fabrikalar, gemiler, uçaklar hatta devasa makineler yetmezmiş gibi bir de küçücük robotlar üretip gözle görülemeyen varlıkları inceliyoruz. Bizi bütün bu araştırmaları yapmaya yönlendiren itici güç merakımız, bu merakımızın en büyük ürünü ise sorduğumuz sorulardır. Çünkü bilimin ilerlemesi için her şeyden önce iyi soru sormak gerekir.

Bazen bir soru yepyeni bir bilim alanı bile ortaya çıkarabiliyor. Bunun en güzel örneklerinden biri hiç şüphesiz Nobel ödüllü Richard Feymann’ın bir sorusu oldu. Öyle ki Feymann 29 Aralık 1959 yılında yaptığı “Aşağıda Çok Yer Var” (There's Plenty of Room at the Bottom) isimli konuşmasında mikroskobik araçlardan, aklın alamayacağı kadar küçük (o günkü şartlarda!) bilgisayarlardan bahsetti. Feymann konuşmasında küçük boyutlarda çalışmanın beraberinde getireceği geniş olanakları ve moleküller arası bazı zayıf kuvvetlerin (Van der Waals gibi) bu boyutlarda kazanacağı önemi de vurguladı. Mizahi yönüyle de ünlü olan Feymann’ın o gün ortaya attığı fikirler birçok araştırmacı tarafından sadece bir şaka olarak algılanıp bir hayli gülünç bulunurken, bazılarını ise hayretler içinde bıraktı. Çünkü onlar yeni bir dünyanın kapısının işaret edildiğini düşünüyorlardı. Bazıları tarafından ciddiye alınmayan bu konuşmasında Feynman, iki tane gerçekleştirilmesi zor projeden bahsetti. İlk yapana 1000 dolar ödül vermeyi vadettiği bu görevlerden biri boyutları santimetre ölçeğinde olacak kadar küçük, çalışan bir elektrik motor üretilmesi, diğeri ise bir kitap sayfasının elektron mikroskobuyla okunabilecek şekilde boyutunun 1/25.000'ine küçültülmesi idi.

İşin kolaylığından mı yoksa mühendislerin maharetinden mi bilinmez, ilk proje hemen birkaç ay içinde gerçekleştirildi. Elektrik mühendisi William McLellan sadece 250 mikrogram ağırlığında, dakikada 2000 devir yapan ve her tarafı yaklaşık 0,3 mm uzunluğunda olan küp şeklinde bir motor üretti. Üreticisine 1000 dolar ödül kazandıran bu motor bugün artık çalışmıyor olsa da hâlâ Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde sergileniyor.

İkinci proje ise ancak 1985 yılında tamamlandı. Stanford Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisi olan Tom Newman, bir elektron ışınını kullanarak, Charles Dickens'in İki Şehrin Hikâyesi romanının ilk sayfasını özgün boyutunun 1/25.000'i kadar olan bir toplu iğnenin başına yazdı. Çalışmasının kanıtlarını ve sayfayı yazdığı toplu iğneyi Feymann’a postayla gönderen Newman da 1000 doların sahibi oldu.

1959 yılında yaptığı konuşmada Feymann’ın sorduğu “24 ciltlik Britanica Ansiklopedisi bir toplu iğnenin başına yazılabilir mi?” sorusu yeni bir alanın da temellerini attı. İçinde hiç "nanoteknoloji" geçmese bile araştırmacılara verdiği ilham nedeniyle bu konuşma nanoteknoloji ve nanobilimin başlangıcı olarak görülüyor. “Nanoteknoloji” terimi ise ilk kez 1974 yılında Norio Taniguchi tarafından kullanıldı.

Nano kelimesi, Yunancada “cüce” anlamına gelir ve fiziksel ölçü birimlerinde ön takı olarak kullanılır. Birim zaman (saniye), birim hacim (litre) ve birim uzunluk (metre) ölçüm değerleri nano ön takısı ile kullanıldığı zaman ölçünün milyarda birine düştüğü ifade edilir. Örneğin bir nanometre (nm) bir metrenin milyarda biridir ve bu uzunluk bir saç telinin çapının yaklaşık 1/80.000’ine eşittir. Bu ölçekte günlük hayatta aşina olduğumuz klasik mekanik yasaları geçerli değildir.

Günümüzde, nanoteknoloji uygulamalarının ve bilgisayar teknolojisinin geldiği noktaya baktığımızda Feynman’ın hayallerinin çok ötesine geçildiğini görüyoruz. Nanoteknolojiyi artık reklamlarda bile sıkça duyar olduk. Peki, bize deterjansız çamaşır yıkamayı, yaşlanmayan bir cildi veya kirlenmeyen giysileri vadeden nanoteknoloji nedir?

Nanoteknoloji, nanobilimin kapsamına girer. Nanobilim, nanometre ölçütlerinde ortaya çıkan yeni davranışları kuantum kuramı yardımı ile anlamamızı sağlar; nanoteknoloji ise yeni nanoyapılar tasarlayıp inşa eder, bu nanoyapılara yeni olağanüstü özellikler kazandırır ve bu özellikleri yeni amaçlar için kullanır. Bu şekilde inşa edilen yapılar çok aktif olabilir ve önemli kimyasal süreçlere aracılık ederler. Ayrıca üstün elektronik veya manyetik özelliklere de sahip olabilirler.

Maddelerin çok küçük boyuttaki özelliklerinin çalışıldığı bir alan olan nanoteknoloji fizik, kimya, biyoloji, mühendislik gibi birçok farklı alanı kapsar. Bu nedenle aygıt fiziği, malzeme bilimi, elektronik mühendisliği, kimya, biyoloji gibi çeşitli dallarda çalışan birçok bilim insanının ilgi alanına girer.

Bu kadar çok yönü olan nanoteknolojinin en önemli ürünlerinden biri nanorobotlardır. Nanobot olarak da adlandırılan bu küçük robotlar, başka bir cihaza bağlanmadan mikroskobik düzeyde kendi kendine çalışabilen cihazlardır. Bu malzemelerle molekül boyutunda bir şeyler inşa edilebilir ya da moleküllerin yapısı değiştirilebilir. Kuramsal olarak yapamayacağı hiçbir görev olmayan bu robotların temelde iki işlevi vardır: değiştirmek ve oluşturmak. Bu teknoloji hâlâ çok yeni olsa da, bu mikroskobik küçük robotlar için hâlihazırda önerilen bir dizi kullanım alanı var. Bu alanların günümüzde üzerine en çok çalışma yapılanı tıptır.

Modern tıp ve cerrahi tekniklerindeki onca gelişmeye rağmen, hâlâ doktorların kolayca müdahale edemediği hastalıklar var. Ayrıca müdahale edilen hastalıklar da her zaman tedavi edilemiyor. Hatta cerrahi müdahaleler sırasında yapılan düzeltme çalışmaları bazen daha fazla hasara neden olabiliyor. Bugün karşı karşıya olduğumuz bu sorunlar ve yetersizlikler nanorobotlarla ilgili araştırmalara hız kazandırıyor.

Biyolojik sistemlerin içine rahatlıkla girebilecek kadar küçük boyutlara sahip nanobotlar, önceden programlanmış görevleri yerine getirebilecekleri gibi dışarıdan kumanda edilecek şekilde de tasarlanabiliyor. Hücresel seviyede zarar görmüş dokuları onarmak, kanser hücrelerini yok etmek veya iyileştirmek için bu robotlar kullanılabilir.

Nanobotların sağlayacağı en büyük fayda az miktardaki bir ilacı doğru hedefe ulaştırmak olacak. Günümüzde bazı hastalıkların -örneğin kanserin- tedavisi için kullanılan kemoterapi (kimyasal terapi) sadece hasta hücreleri değil sağlıklı hücreleri de öldürüyor. Bu nedenle kemoterapi uygulanan hastaların saçları dökülebiliyor ve deri problemleri görülebiliyor. Nanobotlar bu sorunların aşılmasına yardımcı olabilir.

Bu küçük robotların etkinliğiyle ilgili farklı modellemeler yapılıyor. Aşağıdaki videoda bir nanorobotun bir bakteriyi nasıl etkisiz hale getirebileceğini görebilirsiniz.

Nanoteknolojinin bilim dünyasına kazandırdığı bu kahramanlar henüz vücudumuzun içinde dolaşıp mikroplarla savaşacak kadar zeki olmasa da tıp dünyasında büyük heyecan uyandırıyor. Bu alanda büyük bir hızla yapılan çalışmalar bu küçük robotların boylarından çok daha büyük işler başaracağını gösteriyor. Yakın zamanda hayatımıza girmesi beklenen bu robotlar sayesinde gelecek nesiller cerrahi operasyonlar için bile doktora gitmek zorunda kalmayabilir.