ADNAN MENDERES ÜNİVERSİTESİ
AYDIN SAĞLIK YÜKSEK OKULU
HEMŞİRELİK BÖLÜMÜ
KONU: NANOTEKNOLOJİNİN SAĞLIKTA KULLANIMI
HAZIRLAYANLAR
SEVGİ SÖNMEZ
FADİME KAHRAMAN
HÜRÜ KIRMAN
SADİFE YILDIZ
SEMRA SAKICI
AYŞEGÜL ÖZKULELİ
AYDIN, 2009
( MERHABA ARKADAŞLAR!! BİZ BU ARAŞTIRMAYI HEMŞİRELİKTE ÖĞRETİM DERSİ İÇİN HAZIRLAMIŞTIK. AMA BEN BU ÇALIŞMANIN SADECE ÖDEV OLARAK KALMASINI İSTEMİYORUM. BAŞTAN SONA OKUMANIZI TAVSİYE EDERİM!!! ) 
NANOTEKNOLOJİ İLE HEMŞİRELİĞİN NE ALAKASI VAR DEMEYİN!!! GELECEĞİN TEKNOLOJİSİ!!!
İÇERİK PLANI
GİRİŞ
1. NANOTEKNOLOJİ VE NANOTEKNOLOJİDE
KULLANILAN KAVRAMLAR
2. NANOTEKNOLOJİNİN TARİHÇESİ
3. NANOTEKNOLOJİNİN GENEL KULLANIM ALANLARI
4. NANOTEKNOLOJİNİN SAĞLIKTA KULLANIMI
4.1. Tanı Alanında Nanoteknoloji
4.2. Farmakolojide Nanoteknoloji
4.3. Nanomikrobiyoloji
4.4. Diş Sağlığında Nanoteknoloji
4.5. Kanser Tedavisinde Nanoteknoloji
4.6. Doku Mühendisliğinde Nanoteknoloji
4.7. Dezenfeksiyon ve Sterilizasyonda Nanoteknoloji
5. NANOTEKNOLOJİNİN RİSKLERİ
6. TÜRKİYE’ DE YAPILAN NANOTEKNOLOJİ ALANINDAKİ
ÇALIŞMALAR
SONUÇ
KAYNAKÇA
EKLER
EK- 1: Nanobilim ve Nanoteknolojinin Kronolojik Gelişimi
1. NANOTEKNOLOJİ VE NANOTEKNOLOJİDE KULLANILAN KAVRAMLAR
Nanoteknoloji anlamını metrenin milyarda biri olan nano kavramından almaktadır. Yunanca cüce kelimesinden de gelen nanoteknoloji, yapıtaşları olarak atom veya moleküllerin kullanımıyla insan yapımı 1-100 nanometre boyutundaki yapıların işlevsel olarak tasarlanarak imal edilmesi olaraktan tanımlanabilir. Bu yapıların boyutunu daha iyi anlamak için şu örnekler verilebilir: 1 nanometre insan saç telinin 80.000 de birine denktir, insan tırnağı her saniyede 1 nanometre uzamaktadır ayrıca, biyolojik bilgiyi taşıyan ve çeşitli görevleri olan protein DNA gibi biyolojik yapılarda nanoteknolojinin kapsamına girmektedir (3,12,16).
Nanoteknoloji, günümüzdeki anlamıyla nanoölçekli malzemelerin üretim, montaj ve kullanımının söz konusu olduğu alanları kapsar. Bu uzunluk, birkaç atomun bir araya getirildiği gruplarınkinden tutun, geliştirildiği söylenen protein motorlarının boyutlarını da içine alacak bir eşik oluşturmaktadır. Bunun hem önemli hem de ilginç olmasının nedeni, madde boyutları birkaç yüz atomdan daha küçük olduğunda hacimli halinde gözlediğimiz davranışlarından farklı olmasında yatmaktadır. Bu boyutlarda malzemeler (beklenmedik optik ve magnetik özellikler gibi) yeni eşsiz özellikler sergilemeye başlamaktadır. Eğer bu büyüklüğü arttırma anlaşılırsa her şeyi ile tanımlı özelliklere sahip yapılar ve cihazları potansiyel olarak üretebilir ve diğer yaklaşımlarla mümkün olmayan sonuçlar başarılabilir. Kimya, fizik, malzeme bilimi ve moleküler biyolojiyle uğraşan bilim adamları, işte bu alandan kendilerine pay biçmektedirler. Bu durum, nanoteknolojiyi psikiyatristlerin hastalarına tanı koyabilmek için kullandıkları mürekkep lekelerine benzer kılmaktadır. Yani bu alana neyin girdiği, sorunun kime sorulduğuna bağlıdır (17,3).
Nano: Kelime olarak çok küçük anlamına gelmektedir (14).
Nanoölçek: Metrenin 1 milyarda biriyle 100 milyonda biri arasındaki değerleri kapsamaktadır (17).
Nanorobot: 0,5 3 mikron arasında değişen çok küçük boyutlarda olan ve insan vücudunu patojenlere karşı etkin bir biçimde savunmak için tasarlanan cihazlardır. Nanorobotlar akustik sinyaller aracılığıyla mesaj ileterek uzman doktorlarla haberleşir ve verilen komutları yerine getirir. Görevi tamamlandığında herhangi bir yan etkiye neden olmadan ya da bozulmadan vücut dışına atılır.
Nanorobotların bakteri ve virüs enfeksiyonlarının tedavi edilmesi, kanser hücrelerini saptayıp yok etmesi, dolaşım sistemindeki zararlı maddeleri temizlemesi, hasarlı dokulara oksijen sağlaması ve çeşitli hastalıkların izlenmesi ve teşhisinde kullanımı amaçlamaktadır (14).
Nanotüp: Nanoteller ve kimyasal algılayıcılar anlamına gelmektedir (11).
2. NANOTEKNOLOJİNİN TARİHÇESİ
Nanoyapıların olağanüstü özellikleri çok öncelerden tahmin edilmekteydi. Nitekim 1960’ lı yıllarda Richard Feynman (1918- 1988) nanoyapıların bu yönünü vurgulayarak bilim insanlarının dikkatini nanometre boyutlarına çekmek için çaba göstermekteydi (9).
Feynman 1959’da bir konferansta “There is plenty of room at the bottom”(Aşağıda daha çok yer var) başlıklı bir konuşma yapmıştır. Bu konuşmada eğer atom ve molekül büyüklüklerinde imalat yapabilirse birçok yeni keşiflerin olabileceğini söylemiş, ayrıca böyle bir şeyin gerçekleşebilmesi için ilk başta nanoölçekte özel ölçme ve üretim yöntemlerinin geliştirilmesi gerektiğini belirtmiştir. Feynman konuşmasında özetle şunları öngörmüştür;
· 24 ciltlik Brittanica Ansiklopedisini bir toplu iğne başına neden yazmayalım?
· Küçük ölçekte bilgi
· Daha iyi elektron mikroskobu
· Fevkalade biyolojik yapılar
· Bilgisayarı minyatürleştirme
· Buharlaştırma yolu ile minyatürleştirme
· Sürtünme sorunları
· Yüzlerce minik el
· Atomları aniden organize etme
· Küçük bir dünyada atomlar (11).
Feynman’ın öngördüğü düşünceler 1980’lere kadar gerçekleşmemiştir. 1980’li yılların başında nanoyapıların bazı fiziksel büyüklüklerini ölçmek ve nanoölçekte malzeme üretmek amacıyla kullanılabilecek bazı yöntemler ve aygıtlar geliştirilmiştir, böylece Feynman’ın bahsettiği ilk adım atılmıştır. Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM), yakın alan mikroskopları bunlardan bazılarıdır. Bu gelişmeler yüzeyde bulunan atomların ve moleküllerin gözlenmesine, atomsal düzeyde tepkilerin izlenmesine olanak tanımıştır. Tüm bu gelişmelerle 20. yüzyılın son çeyreğinde doğada bulunmayan yeni nanoyapıların atomsal düzeyde sentezlenmesi devri başlamıştır (9).
Ek 1’de 1959’dan 2005’e kadar ki süreçte Nanobilim ve Nanoteknolojinin kronolojik gelişimine yer verilmiştir.
3. NANOTEKNOLOJİNİN GENEL KULLANIM ALANLARI
Nanoteknoloji savunmadan gıda teknolojisine, tekstilden elektroniğe ve daha birçok alanda kıllanılmaktadır. Bu alanlardan bazılarını incelenecek olursa:
Malzeme Alanında: Nanoparçacıklar ve nanoyapılar çeşitli malzemelerde daha güçlü, daha hafif ve daha kullanışlı ürünler yapmak veya yeni işlevsel etkiler kazandırmak için kullanılmaktadır. Eğer malzemeler, yapılar ve cihazlar sistematik olarak, ölçekli anlamda molekül olarak inşa edilebilirse, başka yaklaşımlarla mümkün olmayan işlevler yaratabilir ( Moore, 2001). 340 milyar dolarlık ekonomik boyutuyla bu alanda ileri seramikler, boyalar ve renk maddeleri, ultra ince kaplamalar, astar boya ve katkıları, korozyon koruyucuları, katalizörler, yapışkanlar ve biyo uygun malzemeler gibi nano malzemelerin pek çok uygulamaları, bugün tıp, telekom, inşaat, elektronik, uzay, otomobil ve savunma gibi sanayilerde bulunabilir (4).
Gelecekte akıllı yüzeyler hemen her alanda karşımıza çıkacaktır. Suyu ittiğinden dolayı sileceklere gerektirmeyen otomobil camları, buğulanmayan banyo aynaları ve araç iç camları, kendi kendini temizleyen bina dış cepheleri, yosun ve deniz hayvanlarının yapışamadığı gemi dış yüzey boyaları ve sürtünmesiz yüzeyler uygulamalardan bazılarıdır (1).
Tekstil Alanında: 19. yüzyıl başlarında gelişmeye başlayan tekstil endüstrisi nanoteknoloji sayesinde yeni bir döneme girmeye hazırlanmaktadır(4).
Tekstilde kullanılan malzemelere nanometre boyutlarında farklı özellikler kazandırılmasının çok önemli gelişmelere yol açacağı düşünülmektedir. Örneğin çorap ipliğinin gümüş nanoparçacıklarla katkılandırılması, çorap içerisinde bakteri ve mikrop barınmasını engelleyeceğinden, koku oluşumu önlenmiş olacaktır. Su sevmeyen (iten) kumaşlardan üretilmiş tekstil ürünlerinde kirlenme engellenmiş, dolayısıyla yıkama ve tekrar ütüleme ihtiyacı en aza indirilmiş olacaktır. Böylece su sarfiyatı azalacak, hatta belirli bir süre sonra çamaşır makinelerine gereksinim kalmayacaktır. Nanomalzemeler kullanılarak daha önce hayal bile edemediğimiz, çok çeşitli fonksiyonlara sahip kumaşlar elde edilmektedir. Bunu ülkemizde Damat TWEEN ADV, Nanoteknoloji ile üretilen “Sihirbaz Gömlekleri” ile 2009 yılında piyasaya sunmuştur (4).
Parfüm kokan tekstillerin nasıl oluştuğuna bakılacak olursa : Önce nanolifler denen saç telinden 1000 kat daha ince lifler üretilmektedir. Bunun için bir polimer, çözücü içinde çözülüp buna voltaj uygulandığında nanofiberler oluşmaktadır. Nanofiberler üretmek için sıradan tekstillerde kullanılan malzemelerden yararlanılmaktadır. Ama bunlar bildiğimiz makara ipliği gibi tek ve uzun lifler halinde değil, rastgele üst üste yığılmış saman çöplerine benzemektedir. Lifler nanoboyutta olduğu için aralarındaki boşluklarda öyledir. Dolayısıyla bunlardan gaz filtrasyonu, sıvı filtrasyonu ve nanoparçacık filtrasyonundan yararlanılmaktadır. Somut kullanım alanı olarak hava filtreleri, araştırma laboratuarlarındaki ‘temiz odaların’ korunması, hastane uygulamaları sayılabilmektedir. Önemli bir kullanımı da alerji yapan maddelerin solunum yolundan uzak tutulmasında nanofiber yüz maskeleri ve araba filtreleri, polenleri geçirmemektedir (16).
Güzel kokan kumaşlarda ise nanofiberlerin üzerine mentol dökülmesiyle elde edilmektedir. Mentolü tutan bir maddenin de eklenmesiyle aslında çok uçucu olan mentol 200 derece ve üzerinde sıcaklıklarda bile kumaş üzeride, üstelik 1 yıl tutulabilmektedir (16).
Akıllı fiberler için nanofiberlere ‘cyclodextrin’ denen bir malzeme eklenmektedir. Nanofiberler üzerine yerleştirilen cyclodextrinler kovuklu yapıları sayesinde ortamdaki zararlı maddeleri hissetmektedir. Mentol de bu kovuklara girdiği zaman uzun süre kalmakta ve yüksek sıcaklıklara dayanabilmektedir (16).
Cyclodextrin kötü kokuları da hapsetmektedir. Bu da şu şekilde olmaktadır: İçlerine mentol yerleştirilmiş kumaşlardan yapılmış giysiler giyildiğinde, terlerken güzel kokular saçılabilmektedir. Kumaştaki cyclodextinlerin içindeki mentoller, terin neminden etkilenerek dışarı çıkmakta ve kötü kokuları hapsetmektedir (16).
Nanoteknolojinin sağladığı olanaklar sınırsızdır. Yakın bir gelecekte giyilen tişörtler üzerindeki sensörler sayesinde kişinin kalp atışları, vücut ısısı ve kan şekeri düzenli olarak kontrol edilerek, istenmeyen bir durum olduğunda kişinin kendisi veya kablosuz bir hatla doktoru bu durumdan haberdar edilebilecektir (4).
Gıda Alanında: Nanoteknoloji gıda ve ambalaj sektöründe de birçok gelişmeye ön ayak olmuştur. Gıda maddelerinin, nanoteknoloji ile sağlığa uygun ve taze tutulmasının yanı sıra, gömülü nanoalgılayıcılar sayesinde gıda içindeki tüm değişimler izlenebilmektedir. Ambalaj sanayinde, özellikle gelişmiş sanayi ülkeleri büyük araştırma yatırımları yapmakta ve nanoteknolojide yaşanan gelişmelerle gıda ve içecek maddelerinin kalitesi arttırılmakta, gıda sanayindeki üretim ve pazar paylarını arttırmaktadır (1).
Nanoteknolojinin gıda alanındaki uygulama alanları ise şunlardır:
· Yiyecek ürünlerinin saklanmasında, plastik ambalajın nanokil taneciklerinin kullanılarak geliştirilmesi: Nanokil tanecikleri oksijen, karbondioksit ve nemin geçişini engelleyerek saklanan besin maddelerinin taze kalmasını sağlamaktadır. Aynı zamanda plastiği daha hafif, güçlü ve ısıya dayanıklı yapmıştır. (kimyasal devi bayarsaydam üretmektedir.)
· Plastiğe nanokristaller gömerek moleküler gaz içermez ambalaj geliştirilmesi: Günümüzde biraya 6 aya kadar raf ömrü kazandıran plastik ambalajlar üretilebilmektedir. Plastiğe ömrünü 18 aya kadar arttırabilecek bir ambalajlama tekniği üzerinde çalışmaktadırlar.
· Nanoteknolojik yöntemlerin antimikrobiyal akıllı ambalaj geliştirmede kullanımı.
· Gıda ambalajında gömülü algılayıcılar ve aktif dil teknolojisi: nanotanecikli filmler ve üzerinde gömülü algılayıcılar olan ambalajlarla patojenler saptanabilmektedir. Bu teknolojiye "elektronik dil teknolojisi" adı verilmekte ve bu algılayıcılar çok küçük maddeleri algılayıp renk değişimi şeklinde tüketiciye gıda maddesinin bozulmaya başladığını ya da gıdanın tazeliğini yitirdiğini bildirmektedir.
· Nanoteknolojik gıda ambalajında biyodeğişim komutla salınım: Bu yöntem Hollanda’da geliştirilmiştir. Bir ambalaj, içindeki gıda maddesi bozulmaya başladığında ambalaj koruyucu bir kılıf oluşturmaktadır.
· Nanoteknoloji ile barkodlama ve etiketleme: Bir nanobarkod alternatif ve nanoölçekte gözetleme etiketleme biçimidir. Nanoetiketleme, üretimden, restoranda, markette, ürün satın alındıktan sonra vs. izleneme olanağı sağlar. Nanoalgılayıcılarla beraber paketler, patojenlere, ısı değişimlerine ve sızıntıya karşı izlenebilmektedir (1).
Nanoteknoloji üreticiye, malzemenin yapısını moleküler ölçüde değiştirerek gerekli malzeme özelliklerini elde etme olanağı sağlamaktadır. Birçok gıda malzemesi, plastiklerin nanoyapıyla sağlanan gaz/su buharı geçirgenliğiyle korumaya alınarak tüketicinin aradığı özelliklere kavuşmaktadır. Nanotaneciklerin eklenmesiyle insanlar daha fazla ısı ve ışık dirençli, daha kuvvetli mekanik ve ısıl performans gösteren ve daha az gaz emilimi olan şişe ve ambalaj malzemesi üretebilmektedir. Bu özellikler ürünün raf ömrünü uzatmakta, lezzetinin ve renginin bozulmasını engellemekte, ulaşımını ve kullanımını kolaylaştırmaktadır. Dahası, nanoyapılı filmler gıdaları bakterilere karşı korumakta ve mikro organizmalardan arınmasını sağlamaktadır. Ambalajın içindeki nanoalgılayıcılar tüketicinin, ambalajın içinde ne olduğunu anlamasını sağlamakta, besin bozulmadan tüketiciyi uyarabilmektedir (1).
Çevre ve Enerji Alanında: Nanoteknolojinin, enerjinin verimli kullanılmasında, depolanmasında ve üretilmesinde önemli etkileri vardır. Çevre sorunlarının gözlenmesinde ve giderilmesinde kullanılabilmekte, çeşitli kaynaklardan gelen atıklar önlenebilmekte, daha az atık yapan üretim sistemleri geliştirilebilmektedir (20).
Gelecekte yaşamsal bir ihtiyaç haline gelecek olan temiz su elde edilmesinde nanofilitreler kullanılabilecektir. Örneğin; çöl ya da dağ gezilerine giden insanlar, yanlarına günlerce yetecek su taşımaktansa, sadece çöl böceğinin sırtındaki mikro ve nano yapılarla gerçekleşen, mükemmel su toplama tekniğinden esinlenerek yapılan yüzeylere sahip bir çadır kullanarak hem su gereksinimlerini hem de barınma ihtiyaçlarını karşılayabilmektedirler. Suyun az bulunduğu bölgelerde yaşayanlar, bu teknik sayesinde içme sularını verimli ve ucuz bir şekilde elde edebileceklerdir (20).
Kataliz işlemlerinde katalizör malzemelerinin nano ölçekte olmasından dolayı nanoteknolojinin kimya endüstrisinde önemli bir yeri vardır. Petrol endüstrisinde kullanılan gözenekli yapıdaki malzemeler; ‘porus malzemeler’ nanoteknoloji ürünü olarak karşımıza çıkmaktadır. Otomobil endüstrisinde kullanılan nanoteknoloji ürünü malzemelerden yapılmış daha hafif otomobiller daha az enerji harcayacağı için çevreyi daha az kirletecek ayrıca daha ekonomik olacaktır. Otomobil tekerleklerindeki lastiklerde siyah karbon yerine nanoteknoloji ürünü inorganik kil ve polimer kullanılması çevre dostu lastiklerin yapımında nanorobotlar ve akıllı sistemlerin nükleer atıkların kontrollünde, filtrelenmesinde kullanılma olasılığı vardır (11).
Nanoteknolojinin uygulama alanlarından önemli sayılabilecek başka bir konu da temiz enerji kaynağı olarak kabul edilen hidrojen enerjisi ile ilgilidir. Bu konu başlı başına incelemeye değer ve önemli olmasına rağmen nanoteknoloji ile ilişkisinden kısaca bahsedilecek olursa: Hidrojen enerjisi konusunda üç önemli husus vardır. Bunlar; hidrojen gazının üretilmesi, hidrojen gazının depolanması ve hidrojen gazının depoya konması ve depodan çekilme safhalarıdır. Bu üç husus birbirinden bağımsız olarak araştırma yapılabilecek önemdedir; henüz araştırmalar devam etmekte olduğundan, özellikle hidrojen gazını depolama işi şimdilik tamamen nanobilim ve nanoteknoloji konusu olarak görülmekte, hidrojen gazını depolama işine nano ölçekte çözüm aramak gerekmektedir (11).
Enerji ve çevreyle ilgili bir başka örnek ise güneş enerjisi ile ilgilidir: Kötü görünüşlü ve çok yer kaplayan güneş panelleri yerine çatıya iliştirilecek ince tabakalar üretilebilir. Bu ince tabakalara nanopaneller de denilebilir. Bu nanopaneller sayesinde güneş enerjisini kullanmak belki fosil yakıtlar kadar hesaplı olacaktır (4).
Güneş enerjisi ile ilgili diğer bir örnek; UNAM’da geliştirilen optik yoğunlaştırıcı sistem, güneş ışığının doğrudan ve diffüz ışık bileşenlerini yoğunlaştırabilmektedir. Bu da özellikle kuzey enlemler için sistemin önemini arttırmaktadır. İlk olarak kolayca ulaşılabilinen optik camlar ile yıl içinde kullanılan güneş pilinin alanını 4 kat azaltan bir sistem prototipi üretilmiştir. Daha uygun optik malzemelerin ucuza sağlanması ile bu rakamın 8 kata kadar arttırılabilmesi mümkündür. Bu da halen birim alan maliyeti çok yüksek olan güneş pillerinin, daha az aktif malzeme kullanılabilmesi ile daha ekonomik hale getirilmesine olanak sağlamaktadır (24).
Elektronik Alanında: Nanoölçekte elektronik devre elemanlarının üretilmesiyle bilgisayar mimari tasarımında yeni gelişmeler beklenmektedir. Henüz söz konusu elemanların üretimi, birbirleri ile uyumlu çalışacak şekilde birleştirilme işlemleri tam olarak bilinmemektedir. Nanoölçekte bilgi depolama elemanları ayrı bir önem kazanmaktadır. Nanoölçekte elektronik devre elemanları daha az enerji ile işlevlerini yerine getirebildiğinde nanoteknoloji ürünü bilgisayarların günümüz teknolojisi ile üretilen bilgisayarlara kıyasla ebat olarak daha küçük, hız ve kapasite olarak daha büyük, harcadığı enerji bakımından çok daha ekonomik olacağı beklenmektedir. Bu sahadaki gelişme, bilişim teknolojilerinin gelişmesini de sağlayacaktır. Buna en iyi örnek Amerikan Oqo firması tarafından seri üretimine başlanan dünyanın en küçük Windows XP bilgisayarıdır.”Hand top” yani el üstü bilgisayar, bluetooth kablosuz iletişim yeteneğine sahiptir. Ayrıca bilgisayarın sabit diski, sistem bir hata belirlediğinde otomatik olarak durmaktadır ( 23).
Nanoölçekte tasarlanan diğer bir elektronik mekanizma, ABD’de California Teknoloji Enstitüsü ve Güney Calorina Üniversitesi Doheyn Göz Enstitüsü araştırmaları tarafından ortaya konmuştur. Araştırmacılar bir gözlüğe monte edilmiş küçük bir kamera ve bir avuç içi bilgisayar aracılığıyla körlere etkili bir yardımcı kazandırmaya çalışmaktadırlar. Sistem kamerayla saptanan görüntüleri veri tabanında kaydedilmiş cisimlerle karşılaştırarak kullanıcının yolu üzerindeki cisimleri tanımlayıp kulaklık aracılığıyla kullanıcıya bildirmektedir (23).
Savunma Alanında: Nanoteknolojinin kısa vadede en önemli askeri uygulamalardan birisi asker kayıplarının azaltılması için akıllı üniformaların tasarlanıp üretilmesidir. Günümüzde, bir askerin, ihtiyacı olacak bütün donanımı yanına alması durumda yükü 50 kilograma yaklaşmaktadır. Bu yük askerin hareket kabiliyetini ciddi bir şekilde azaltmaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarla akıllı elbise üretilmesinde ümit verici sonuçlar elde edilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri’nin Boston şehrinde 2000 yılında hayata geçirilen MIT Askeri Nanoteknoloji Enstitüsü, 15 yıl içerisinde askeri üniformaları nanoteknoloji sayesinde akıllı hale getirmeyi planlamaktadır. Esnek ve yıkanabilen nanosensörlerin ve aygıtların kumaş içerisine entegre edilmesiyle, üniformalar yeni boyutlar kazanacaktır; üniforma artık görecek, duyacak, hissedecek, komut verecek, ve enerji üretecek hale gelecektir. Burada vurgulanması gereken önemli bir nokta şudur ki; nanoaygıtların boyutları o kadar küçük olacak ki, elbiseyi giyene herhangi bir zorluk getirmeyecektir. Kimyasal ve biyolojik ajanları tespit edebilecek bu akıllı üniforma, aynı zamanda kalbi duran askere kalp masaj yaparak onu hayata geri döndürebilecektir. Savaş meydanında yaralanan askere ait bütün bilgileri kablosuz hatla merkeze bildirebilecek, gerektiğinde kısa süre içerisinde gerekli müdahalenin yapılmasına olanak sağlayacaktır. Üniforma gerektiğinde çok sert bir zırha dönüşebileceği gibi, askerin ihtiyacı olacak enerjiyi güneşten sağlayacaktır. Bazılarını hayal bile edemediğimiz bu araştırmalar nanoteknoloji sayesinde gerçek olmuş ve savaş meydanlarında askerin hayatını kolaylaştırmaya başlamıştır. Başka önemli bir konu nanoteknoloji tabanlı sensörlerdir. Bir şarbon mikrobu askerin vücuduna girdiğinde kısa süre içerisinde tedavi edilmezse ölüme neden olabilir. Fakat ortamda çok az sayıda bulunan şarbon mikrobunun tespit edilmesi son derece zordur. İşte bu aşamada nanosensörler devreye girmekte, diğer sensörlere göre sahip olduğu ultra duyarlılık sayesinde tek molekülü bile algılayabilmektedir (4).
Fotonik Alanında: Elektronların hareketinin yarı iletken kristallerde kontrol edilmesi, yeni bir teknoloji devrimine yol açmıştır ve bu teknoloji sayesinde insanoğlunun yaşamı inanılmaz ölçüde kolaylaşmış; bilgisayar, CD çalar gibi birçok elektronik alet hayatımıza girmiştir. Fakat elektronlar arasındaki etkileşmeler ve elektronların düşük hızlara sahip olmaları, bilim adamlarını yeni arayışlara itmiştir. 1987 yılında periyodik fotonik yapılarda ışığın yasak banda sahip olduğunun gösterilmesi, ışığın hareketinin kontrol edilmesinde bir çığır açmıştır. Fotonlar (ışık kuantaları) hem birbirleriyle etkileşmemekte hem de elektronlara göre binlerce kat daha yüksek hızlara sahip olmaktadırlar. Dolayısıyla, hepsi optik devrelerin, elektronik devrelere göre çok daha hızlı çalışacağından, yakın bir gelecekte elektronik çağının yerini fotonik çağa bırakması beklenmektedir. İçerisinde farklı dalga boylarını barındıran bir ışık demeti, fotonik kristaller üzerine düşürüldüğünde, belirli dalga boyu aralığındaki ışık, kristal içerisine girememekte ve fotonik kristal yüzeyinden tamamen geri yansımaktadır. Ayrıca, kızıl-ötesi ışığın fotonik kristal fiberler içerisinde hapsedilerek ilerlemesinin sağlanmasıyla, kanserli dokuların vücut içerisinde lazerle yakılarak yok edilmesinden, fiber tabanlı lazerlere kadar birçok yeni uygulama sahaları açılmıştır (4).
Diğer Alanlar: Saydığımız alanlar dışında nanoteknolojinin başka kullanım alanları da vardır. Örneğin, nanorobotlar kozmetik ürünlerde de kullanılabilmektedir. Nanorobot içeren kozmetik kremler ciltteki tüm ölü hücreleri temizler, fazla yağları alır ve hatta cildin beslenmesi için gerekli maddeleri takviye edebilir ( 14).
Uzay yolculuklarında gerekli olan yakıt, hem ağırlık bakımından hem de hacim bakımından günümüz teknolojileri ile sınırlı miktarda alınabilmektedir. Nanoteknoloji ürünü malzemeler ve aygıtların kullanılması bu sahadaki zorluklara da çözüm getirecektir. Nanoyapılı malzemeler daha hafif, daha sağlam, sıcaklığa karşı daha dayanıklı olmaları sebebi ile roket ve uzay istasyonlarının yapımında önemli bir rol oynamaktadır. Muhtemel uygulamalar; az enerji gerektiren, radyasyona ve ısıya dayanıklı nanoyapılı kaplama malzemeleri olabilir. Ayrıca yüksek verimli bilgisayarların, mikro ölçekteki uzay araçlarında kullanılabilecek nanoölçekte aletlerin, nanoyapılı algılayıcıların ve nanoelektronik ile desteklenen uçuş sistemlerinin yapımı da muhtemel uygulamalar arasındadır ( 11).
Biyosentezleme ve biyoişlem yeni kimyasal ve ecza malzemesi sağlayabilir. Biyolojik yapı taşlarının, suni malzeme ve aygıtların içine yerleştirilmesi ile biyolojik işleve ve başka istenen özelliklere sahip malzemeler üretilebilir. Tarımda da nanoteknolojinin kullanım alanları vardır. Örneğin bitkileri böceklere karşı korumak için moleküler seviyede kimyasalların geliştirilmesi, hayvanlar ve bitkilerin genlerinin, hayvanlar için ilaçların, DNA testleri için nanoölçekte kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi sağlanabilir ( 11).
4. NANOTEKNOLOJİNİN SAĞLIKTA KULLANIMI
Üretim teknolojilerinin insan gözünün görebileceğinin çok ötesinde minyatürleşmiş kendi kendine çalışan malzemeler ve robotlar yapılabildiği günümüzde, hasta dokuları onarabilecek, ilaçları sadece hedef doku ve hücrelere taşıyacak, tıkanan damarları açabilecek, mikroorganizmalarla savaşabilecek ve gerekirse mikro (ya da nano) cerrahi prosedürler gerçekleştirebilecek, genleri onarabilecek nanorobotların vücudumuza girerek faaliyet gösterebilecekleri günler uzakta değildir. Halen nanoteknoloji, ilaç, kimya, tekstil sektörlerinde kullanılmaktadır. Gelecekte daha da mükemmelleştirilecek olan bu sistemler, insan sağlığı alanına da girerek bilim kurgu filmlerinde rastladığımız türden hayalleri gerçek yapma potansiyeline sahip olacaklardır. Nanoteknolojinin sağlıkta kullanım alanları oldukça fazla çeşitlilik göstermektedir (21).
4.1. Tanısal Yöntemler
Nanoteknolojinin sunduğu yeni görüntüleme ve izleme süreci kuantum noktacıkları adı verilen yarıiletken nanokristaller sayesinde mümkün olmaktadır. 5-25 nm boyutunda olan bu kristallerin yüzeyi antikorlarla kaplanarak hedef hücre, doku veya organa yönelik çok hassas görüntüleme yapılabilmektedir. Bu noktacıklar şimdilik ağırlıklı olarak kanser hücrelerinin görüntülenmesinde kullanılmaktadır (18).
Yeni biyosensör, çok düşük bakteri konsantrasyonunda bile hızlı, kolay ve güvenilir sonuçlar verebilmektedir. Bakteriyel hastalıklar, genellikle ilk zenginleştirici örneklerden sonra ayırma tanımlama ve bakteri sayımıyla saptanmaktadır. Bu prosedür, genelde örnek laboratuvara geldikten en az iki gün sonra sonuç vermektedir. Bu durumda, karmaşık örnek hazırlığı olmayan, hassas ve hatasız, daha hızlı çalışan testlerin olması gerekmektedir. İspanyol bir araştırma grubu bu yeni biyosensörle salmonella typhi’ nin sebep olduğu tifüs hastalığını son derece düşük konsantrasyonlarda tespit edebilmiştir (18).
Bakteri ve virüsler 10 nm - 250 nm boyutunda ve elektriksel özellikleri iyi bilinen biyolojik parçacıklardır. Bir elektriksel alan uygulandığında bu parçacıkların her biri; alanın şiddetine ve salınım frekansına bağlı olarak kendine özgü bir yolda ilerlemektedir. Elektrotlarla aşırı duyarlı bir elektriksel alan yaratılmış ve böylece hücre, virüs ve proteinlerin hareketlenmesi ve birbirinden ayrılması sağlanmıştır. Geçtiğimiz yüzyılın en korkulu rüyalarından biri olan HIV enfeksiyonu bu yöntemle klasik yöntemlerden 2-3ay önceden saptanabilmektedir (18).
Concateno plc (Avrupa’nın en büyük ilaç ve alkol test programı sağlayıcısı )ve Royal Philips Electronics şirketi nanoteknolojiyi kullanarak tükürükteki uyuşturucu ilaçları saptayan avuç içi bir cihaz geliştirmiştir. Cihaz tek bir tükürükte beş farklı ilaç grubunu ( cocaine, heroin, methamphetamine, amphetamine ve cannabis ) 90 saniyeden daha az bir zamanda saptayabilmektedir. Concateno yöneticisi Fiona Begley‘e göre “ gelişmiş hızlı analiz ve kullanım kolaylığı dünya genelinde yol kenarı testleri, kriminal suçlar ve acil servis durumlarında hızlı sonuç elde edilmesinde anahtar rol oynamaktadır” (18).
IBM Research bilim adamları, Stanford Üniversitesi Center for Probing ile birlikte 100 milyon kez daha hassas manyetik rezonans görüntüleme yöntemi geliştirdiklerini açıklamışlardır. MRI’ nın (Manyetik Rezonans Görüntüleme) bu kadar yüksek çözünürlükte yapılabilmesi ile proteinlerin yapıları ve birbirleri ile olan ilişkileri ortaya çıkarılarak, kişisel tıp ve hedefli ilaç konularını etkilemesi düşünülmektedir. Bu gelişme manyetik rezonans kuvvet mikroskopisi (MRKM) adlı yöntem sayesinde yapılmıştır. Yöntem, çok küçük manyetik kuvvetleri kullanmaktadır. Yüksek çözünürlüklü, görüntüler sağlamasına ek olarak, yöntem yüzeyin altını da görüntülüyor ve elektron mikroskopisinin aksine, hassas biyolojik malzemeleri bozmamaktadır. Örnek olarak tütün virüsü seçilmiş ve 4 nm çözünürlükte bir görüntü elde edilmiştir. Yeni alet, geleneksel MRI cihazı gibi çalışmaktadır. Araştırmacılar, örnek malzeme mikroskobik bir manivelada dururken, MRFM’i çok küçük manyetik kuvvetleri bulmak için kullanılmaktadır. Lazer interferometre, manivelanın hidrojen atomlarının manyetik spinlerinin yakındaki nanoboyuttaki manyetik uç ile etkileşirken ortaya çıkan hareketlerini takip etmektedir. Sinri uç 3 boyutta taranıyor ve manivelanın titreşimlerinin analizi ile 3 boyutlu görüntü elde edilebilmektedir (18).
4.2.Farmakolojide Nanoteknoloji
Farmakoloji alanında nanoteknoloji ilaç üretimi aşamalarında ve ilaçların istenilen bölgeye etki etmesinde kullanılmaktadır (8).
İlaç geliştirme çalışmalarında kullanılan proteinler, protein stabilizasyon tekniği ile daha kullanışlı hale getirilebilmektedir. Proteinlerden ilaç üretilmesi için kararsız yapıların kontrol altına alınması gerekmektedir. Birmingham ve Warwick Üniversitesin’den bilim insanları nanoparçaçıklar kullanılarak hücre zarı proteinlerini bütün halde korumanın yolunu bulmuşlardır. Araştırmacılar bir polimer (stiren maleik asit lipid parçacıkları -SMALP-) kullanarak bir çift hücre zarı proteinini çözünür hale getirmiştir. Nanoparçacıkların sadece proteinlerin katlanmış yapılarını, bağlanma özelliklerini ve enzim işlevlerini korumakla kalmayıp aynı zaman da hemen hemen her türlü laboratuar analizinde hızlı ve basit şekilde kullanılmalarını sağladığı görülmüştür. Araştırmada yer alan bilim insanlarından Dr. Tim Dafforn SMALP tekniğinin hücre zarı reseptörleri üzerindeki ilaç araştırmalarının önünü açacak heyecan verici uygulamalara imkan vereceğini söylemektedir (8).
İlaçların etki mekanizmalarında Nanoboyutlu Kontrollü Salınım Sistemleri ile mevcut ilaçlar, nanoboyutta küre veya kapsül içine yerleştirilmektedir. Bu kapsüller kandan kapiller damar yolu ile çıkıp doğrudan dokuya etkilerini göstermektedir. Sistemik etki yerine lokal etki göstermeleri, daha yüksek doku konsantrasyonu olabilmeleri ve sonunda fagositik sistem tarafından ortadan kaldırılabilmeleri gibi avantajlar ortaya çıkmaktadır. Örneğin kanser tedavisinde kullanılan ilaçlar kan dolaşımından çok çabuk atıldığından tümöre yeterli miktarda ilaç ulaşmasını sağlamak için genelde yüksek dozda ilaç kullanılması gerekmektedir. Bu ilaçlar normal hücreler tarafından da emilebileceği için yüksek dozlar istenmeyen yan etkilere neden olmaktadır. Stanford Üniversitesi’nin yaptığı bir araştırma ilaç yüklü karbon nanotüplerin sağlıklı dokudan uzak durup tümörlü hücreleri hedefleyebilecekleri gösterilmiştir (19).
Klasik taşıyıcılar yalnızca ilaç moleküllerini genel dolaşıma sunarken, nanotaşıyıcıların çeşitli yüzey modifikasyonları yardımıyla dolaşımdaki yarı ömürlerinin ayarlanması, beraberinde ilaç takibi için floresan veya manyetik bildiricilerin de bulunması, taşıyıcının ilacı hücrenin içine vermek üzere programlanması ve istediğinde aynı özgüllükteki gibi DNA vektörlerinin de taşınmak üzere programlanması mümkün olmuştur. Benzer bir yaklaşımla nanoparçacıklar aracılığıyla kan beyin bariyerinin geçici bir süre açılarak ilaç geçişinin sağlanması ve daha sonra tekrar fizyolojik şartlara geri dönülmesi mümkün olmuştur (8).
4.3.Nanomikrobiyoloji
Son derece hassas nanosensörlere dayanarak geliştirilecek küçük taşınabilir kitler sayesinde, kan, idrar gibi vücut sıvıları kültüre gönderilmeden yatak başında saniyeler içinde mikrobiyolojik yönden analiz edilebileceklerdir. Nanoteknoloji, gelişmekte olan antibiyotik direncini çok erken bir dönemde haber verebilecektir. Nanoteknoloji sayesinde bilinen tüm antibiyotiklerden daha öldürücü nanomateryaller(nanobiyotikler) geliştirileceği düşünülmektedir. Örneğin nanoboyutta gümüş kristalleri ile kaplanmış idrar sondaları, hasta yatak örtüleri ve pansuman malzemeleri kolonizasyonu ve klinik enfeksiyonları ciddi olarak azaltacağı düşünülmektedir (12).
4.4. Diş Sağlığında Nanoteknoloji:
Diş sağlığında da nanoteknolojinin etkileri görülmektedir. Örneğin; nanorobotlar, ağız ve diş temizliğinde kullandığımız antiseptik sıvılara eklenebilecek; ağızda bulunan hastalık yapıcı bakterileri ortadan kaldırılmasına ve aynı şekilde plak ve tartarların saptanıp oluşumlarının engellenmesine neden olacaktır. Bu alanda yapılan bir araştırmada; New York’taki Clarkson Üniversitesi’nden araştırmacılar, dişleri çürüklere karşı koruyan yeni bir yöntem geliştirmişlerdir. Bu yöntemle dişin yüzeyi silis nanoparçacıklarla oldukça duyarlı ve kusursuz bir biçimde cilalanmaktadır. Araştırmacılar yarı iletken endüstrisinde kullanılan cilalama teknolojisini diş yüzeyine uygulamayı başarmışlardır. Cilalama sonrasında diş üzerinde kalan pürüz yalnızca birkaç nanometredir. Yani bir kum tanesinden 100.000 kez daha küçüktür. Yeni yöntemle cilalanan diş, o kadar “kaygan” hale gelmektedir ki diş minesine zarar veren “kötü” bakteriler diş yüzeyine tutunamamaktadır. Böylece bakteriler, dişe zarar vermeden kolayca temizlenebilmektedir. Geçmişte dişlerin cilalanmasında silis parçaları kullanıldıysa da nanoölçekte parçacıkların kullanılması bir ilktir (10,14).
4.5. Kanser Tedavisinde Nanoteknoloji
Kanser tedevisine yönelik çalışmalar artık nanoteknolojik boyutta yapılmaktadır. Bu kapsamda yapılan Fotodinamik Terapi’nin (FDT) stratejisi, bazı ışığa duyarlı maddelerin öncelikli olarak tümör dokusunda birikmesine dayanmaktadır (22). Yüksek soğurmalı bu boyar maddeler öncelikle intravenöz yolla hastaya verilmekte ve bir süre sonra vücuttan atılacak bu maddeler tümör bölgesinde birikmektedir. Sonrasında tümöre uygulanan kırmızı ışık(kızıl ötesi), boyar maddeyi uyarmaktadır. Uyarılan boyar madde fazla enerjisini aktardığı oksijeni reaktif bir biçime dönüştürmektedir. Reaktif oksijen türlerinden ‘‘singlet oksijen’’, mikrosaniyeler düzeyindeki ömrü sırasında tümörlü hücreyi tahrip etmektedir ve canlı hücrelere de zarar verecek zaman bulamamaktadır (16).
Kanser tedavisinde güçlü karbondioksit lazer ışığının elektromanyetik dalgalarından da yararlanılmaktadır. Karbondioksit lazer ışığı fiber kablo içinden geçirilerek kanserli dokuyu yakmaktadır. Çok ince doku katmanlarının yıkılmasına dayanan teknik, kanserli dokunun alt ve çevresindeki sağlıklı dokulara zarar vermemektedir (16).
Kaliforniya Üniversitesi Moores Kanser Merkezi yöneticilerinden Dr. David Cheresh ve ekibi ise nanoparçacık ilaç salınım sistemi ile ilgili bir araştırma yapmışlardır. Araştırma ekibi, tasarladıkları nanoparçacık ilaç salınım sistemiyle, farelerde pankreas ve böbrek kanserlerindeki metastazda etkili bir sonuç elde etmek için, kemoterapiyi yönlendirecek bir yöntem bulmuşlardır. Ayrıca ekip, nanoparçacık ilaç birleşiminin birincil tümörlerde çok etkili olmadığını ama farelerde pankreas ve böbrek kanserlerinin metastazını durdurduğunu bulmuş, ilacın kanserli bölgeyi besleyen belirli kan hücrelerini seçtiğini ve bu hücreleri çevredeki dokulara zarar vermeden yok ettiği için, kemoterapinin önemli ölçüde azaltılmış dozlarda da istenen etkiyi sağlayabileceğini göstermiştir (5).
Cheresh, doxorubicinin kansere karşı etkili bir ilaç olarak bilindiğini ancak uygun dozun hastalara zararlı yan etkilere yol açmadan verilmesinin zor olduğunu belirtmiştir. Bunun yanında yeni yönteminse hastada aşırı kilo kaybı ya da etkisi gözle görülebilen zehirlenmeler gibi ikincil zararlar olmadan sonuçlandığını vurgulamıştır (5).
4.6. Doku Mühendisliğinde Nanoteknoloji
Doku mühendisliği doku onarımı ya da üretimiyle ilgilenmektedir. Temel hedefinde, doku hasarı veya kaybı durumunda kullanılmak üzere laboratuvar koşullarında organ veya doku oluşturmak vardır. Bu hedeflere ulaşılması için insan vücudunun karmaşık sisteminin gözlenmesi, özelliklerinin öğrenilmesi taklit edilmesi gerekmektedir. Nanoteknolojideki son gelişmelerle biyolojik olayları çeşitli şekillerde gözlemlemek ve karakterize etmek mümkündür (13).
Boyutları 100nm’den küçük olan nanoparçacıklar kan dolaşımında çökmeden hareket edebilmekte ve mikrovasküler yapılardan rahatlıkla geçebilmektedir. Bu özelliklerden dolayı doku mühendisliği çalışmalarında, büyüme faktörlerinin taşınması ve salınımında sıklıkla tercih edilmektedir. Yine boyutlarından dolayı, hücre içine çok kolay alınabildiklerinden hücrelerin işaretlenmesinde de nanoparçacıklar kullanılmaktadır (13).
Örneğin; kemik dokunun yenilenmesi doku mühendisliği araştırma çalışmaları arasındadır. Bu çalışmalar temel olarak 3 faktörün bir araya getirilmesiyle gerçekleştirilmektedir. Bunlar; hücre dışı matrisi sentezleyen parankimal ya da progenitar hücreler, hücrelerin tutunması ve büyümesi için geçici bir zemin oluşturan doku iskelesi ve kemik oluşumunu uyaran büyüme faktörleridir. Ancak oluşturulan doku iskelelerinin yeterince mekanik donanıma sahip olmaması ve osteojenik farklılaşmayı uyaran büyüme faktörlerinin yeterli miktarda sentezlenememesi bu çalışmaların başlıca eksikliklerini oluşturmaktadır. Bu noktada eksikliklerin üstesinden gelmek için nanoparçacık teknolojisi ile doku mühendisliği teknikleri birleştirilmesi gerekmektedir. Büyüme faktörlerinin ve bunları kodlayan gen bölgelerinin taşınmasında nanoparçacıklar kullanılarak, etkinliklerinin kontrolü ve sürekli olması sağlanmaktadır (13).
Doku mühendisliğinde taşıyıcı olarak kullanılan nanoparçacıkların tercihinin öncelikli nedeni, hedef hücre ve dokuya kolayca tutunacak ve DNA’nın parçalanmasını engelleyecek boyutta olmalarıdır. Viral vektörlerle karşılaştırıldığında bağışıklık cevabı oluşturmamaları, enfeksiyon riski taşımamalarıdır (13).
4.7. Dezenfeksiyon Ve Sterilizasyonda Nanoteknoloji
Bugünlerde sık sık ‘antibakteriyel’ sözü duyulmaktadır. Her gün bir gazete ya da dergi köşesinde antibakteriyel ürünlerle karşılaşılmaktadır. Havlu, diş fırçası, klavye, boya, saklama kabı, iç çamaşırı, konfeksiyon ürünleri vs. bu ürünler arasındadır. Hatta bu listeyi daha da uzatmak mümkündür. Özellikle 2-3 yıldır hızla artan bir oranda bu tür ürünlerle karşılaşılmaktadır. Çünkü mikroorganizmalara karşı yine onların boyutlarında bir teknoloji gelişmeye başlamıştır (2).
Mikroorganizmaların en yaygın ve en ciddi enfeksiyonlara neden olanları bakterilerdir. Kullanılan antibiyotiklere, antiseptiklere ve dezenfektanlara karşı dayanıklı mikroorganizmaların sayısının gün geçtikçe artması nedeniyle bilinen bu bakterilere karşı alternatif sistemlerin geliştirilmesi gerekir. Gümüş dezenfektan olarak geniş bir kullanım alanına sahiptir (2).
Tarihsel bir malzeme gümüş: Bazı eski uygarlıklar, enfeksiyonları ve gıda bozulmalarını önlemek amacıyla gümüş kap kullanmışlardır. Romalıların yaralanmalarda, kırılmalarda ve deri hastalıklarında gümüş nitrat kullanıldığı bilinmektedir. Milattan önce 69 yılındaki ilaç kitaplarında gümüş nitrat mikrop öldürücü etkisi ile geçmiştir. Modern tıbbın babası sayılan Hipokrat notlarında gümüşün iyileştirici ve enfeksiyon oluşumunu azaltıcı bir madde olduğunu belirtmiştir. 1900’lü yıllarda ise süt şişelerine gümüş parçalar atılarak sütün uzun süre taze kalması sağlanmaya çalışılmıştır. Antibiyotikler geliştirilmeden önce gümüş bileşikleri, enfeksiyona karşı kullanılmıştır (2).
Antibakteriyel ve antimikrobiyal özellikleri yüksek olan gümüş iyonları nanoboyutta istenilen malzemelerle birleştirilerek yerine göre malzemenin bünyesine katılmakta, yerine göre de malzemenin yüzeyine kaplanabilmektadir. Kullanım açısından bakıldığında faydaları medikal implant gibi alanlarda en fazla olan antibakteriyel malzemeler, evde kullanılan boyalar, gıda ambalaj malzemeleri, tekstil ve insan ile temas eden ya da edecek olan tüm yüzeyler de kullanılır hale getirilmiştir (2).
Yüzey teknolojileri alanında faaliyet gösteren Antalya Teknokenti‘ndeki NANOen firması, geliştirdiği antibakteriyel kaplamaları bir aşama daha ileri götürerek endstriyel alanda kullanılır hale getirmiştir. Medikal alanda başarılı çalışmaların diğer endüstriyel alanlarda da uygulanması amacıyla çalışmalar sürdürülmektedir (2).
Yukarıda da belirtildiği gibi nanoteknolojideki gelişmeler sağlık alanına kolaylık ve yarar getirecektir.
5. NANOTEKNOLOJİNİN RİSKLERİ
Nanoteknoloji ve nanomateryaller bilim dünyasına sundukları imkanların yanında bazı riskleri de beraberinde getirmektedir. Nanoboyutta sağlanan üretimleri nedeniyle düşük ölçekli biyosentetik reaksiyonlar içeren nanomateryal üretimi, bilimin uzun tecrübe ve bilgi birikimine sahip olduğu alanlardan biri değildir. Nanoparçacıkların üretim aşamasında oluşan yan ürünler ve kullanılmayan nanopartiküllerin doğa ve çevrede akıbetinin ne olduğu bilinmemektedir. Bu konuda çevreci görüşlerini açıkça dile getirmekten kaçınmadığı için eleştirilere hedef olan prens Charles kendi kendine çoğalabilen nanoteknoloji ürünü mikroskobik robotlar ordusunun dünyayı canlıların yaşayamayacağı bir çöplüğe çevireceğinden korktuğunu ifade etmiştir (6). Diğer yönden, nanoparçacıkların canlıda uygulamalarının uzun dönem etkileri hakkında da bilgi ve geliştirilen nanoaraçların ve dendrimerlerin hemen hepsinin biyouyumluluk ve toksisite testleri in vitro ortamla sınırlı kalmaktadır. İn vivo toksisite deneyleri literatürde çok sınırlı sayıda yer almaktadır. Yapılan detaylı ve titiz bir çalışmada, sıçanda kullanılan karbon nanotüp parçacıkların toksisitesi incelenmiş ve rapor edilmiştir. Bu çalışmada nanoparçacıkların en önemli olası toksisite nedeni olarak geniş yüzey alanlarına sahip olmaları gösterilirken, canlıda yaratabileceği riskler şöyle özetlenmiştir; beklenen dağılım kompartımanlarının dışına çıkmaları, fagositozdan kaçabilecek kadar ufak olmaları, proteinlerin yapılarını modifiye ederek inflamatuvar ve toksik etki ortaya çıkarmaları ve karbon nanotüplerin uzun filamentöz agregatlar oluşturabilme potansiyeli gerçekleştirilmiştir. Diğer yönden karbon nanotüpler hızla ve değişmeden filtrasyon yoluyla atılırken bu özelliğiyle vücutta birikme ihtimali mümkün görünmemektedir. Nanoparçacıkların çevre, doğa ve insan sağlığına etkilerinin incelenmesi için sağlık otoriteleri yeni çerçeve kurallar belirlemeye çalışmaktadır. Bu doğrultuda, klasik farmasötik kimya ve biyoteknolojinin kullandığı ve biyomateryal ruhsatlandırılması için gerekli ve geçerli olan testlerin yanında yeni bazı deneylerin de yapılması ve standart hale getirilmesi bir ihtiyaçtır. Bugüne dek araştırmalardan elde edilen sonuçlar kesin olmadığı için çoğu bilim adamı güvenlik açısından önlemler alınmasını ve ürünlerin içine nanoparçacık bulunduğuna dair uyarı konulması gerektiğini düşünmektedirler. ABD`de Gıda ve ilaç Dairesi (FDA), kozmetikte nanoparçacık kullanımını düzenleyen bir lisans sistemini devreye sokmayı planlamaktadır (19).
Sosyal alanda ise nanoteknolojinin sağladığı minyatürleşmeye bağlı olarak problem olanaklarının artması sonucunda, sözgelimi gözle görülmez mikrofonlar, kameralar sayesinde, bireylerin özel yaşamlarının özerkliğini yitirebileceği tehlikesi sosyal ve ekonomik alanda neden olacağı yıkıcı radikal değişimlerdir. Ayrıca nanoteknolojinin askeri amaçlı kullanımı da önemli bir tehdit unsuru oluşturmaktadır (12)
6. TÜRKİYE’ DE YAPILAN NANOTEKNOLOJİ ALANINDAKİ ÇALIŞMALAR
Türkiye’de Nanoteknoloji odaklı AR-GE çalışmaları, üniversitelerin kendi bünyelerinde kurdukları araştırma merkezleri ve birçok disiplinden araştırmacıların içinde bulunduğu yüksek lisans ve doktora programlarıyla devam etmektedir. Nanoteknoloji konusunu geniş kapsamda ele almak, bazı konularda gerekli teknolojileri geliştirmek, uzman yetiştirmek üzere Bilkent Üniversitesi kampüsü içerisinde kurulan Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), kuruluş aşamasında T.C. Devlet Planlama Teşkilatı tarafından 11 milyon TL ile desteklenmiştir. Bilkent Üniversitesi ve diğer özel kuruluşlar bu merkeze yaklaşık 4 milyon TL kaynak sağlamış bulunmaktadır. Toplam maliyeti 30 milyon TL olan bu merkez, 4000 m2'lik laboratuvar binasında AR-GE çalışmalarını sürdürmektedir. Bu merkezdeki araştırmalar, nanoelektronik ve algılayıcılar (sensörler), nanofotonik, nanofiber ve akıllı tekstil, atom manipülasyonu, yüksek çözünürlüğe sahip ölçü aletlerinin geliştirilmesi ve lazer konuları üzerine yoğunlaşmış bulunmaktadır. UNAM’ın 21 araştırma grubu vardır. Bu gruplar endüstri ve ileri teknolojinin onlarca değişik alanında projeler üretmeye başlamışlardır. Merkezdeki öncelikli projeler: enerjinin verimli kullanılması ve alternatif enerji kaynağı açısından dünyanın en önemli gündemi olan hidrojenin depolanması, son yılların en önemli tıbbi problemlerinden biri olan kanser hücrelerinin sağlıklı hücrelere zarar vermeden öldürülmesini amaçlayan nanobiyoteknoloji araştırmaları ve kirlenmeyen, kırışmayan, su geçirmeyen, renk değiştiren ya da renk tutan kumaşlar başta olmak üzere nanotekstil ve akıllı tekstil uygulamaları üzerine yoğunlaşmıştır (7).
İstanbul Teknik Üniversitesi'nde, Fizik Mühendisliği Bölümü ve Devlet Planlama Teşkilatı'nın ortak yürüttüğü Nanobilim ve Nanoteknoloji ileri Araştırma Enstitüsü projesinin, 20 milyon TL'Iik bütçeyle 3 yılda tamamlanması planlanmaktadır (7).
Sabancı Üniversitesi de Sabancı Vakfı ve Devlet Planlama Teşkilatı'nın desteğiyle 50 milyon TL'lik bir yatırımla bir nanoteknoloji merkezi kurma çalışmalarına başlamıştır. DPT desteğiyle Sabancı Üniversitesi'nde hayata geçecek olan Nanoteknoloji Disiplinlerarası Araştırma Merkezi'nde (NANODAM) nanoteknolojinin tüm uygulama alanlarında araştırmalar yapılacaktır. Merkezin, üniversitenin uluslararası ve fikri mülkiyet alanlarında rekabet gücünü artırarak, öncü araştırma alanlarında ilerlemesine katkıda bulunması hedeflenmektedir (7).
Hacettepe Üniversitesi ise tıp ve sağlık bilimlerindeki başarılı çizginin yanı sıra yine benzer başarılara sahip fen ve mühendislik bilimleri alt yapıları ile disiplinler arası bir kimliğe sahip olan "Nanoteknoloji ve Nanotıp" Anabilim Dalı Yüksek Lisans ve Doktora programını diş hekimliği, eczacılık, fen, mühendislik ve tıp fakültelerinin katkı ve katılımlarıyla 2007 yılında hayata geçirmiştir. Sağlık, mühendislik ve fen bilimlerini aynı çatı altında barındıran Hacettepe Üniversitesi, Türkiye'de ve Dünyada’ki birçok üniversite gibi "Nanoteknoloji ve Nanotıp" alanında söz sahibi olmak ve uluslararası rekabet gücünü arttırmak için bir taraftan bilimsel çalışmalarını sürdürürken diğer taraftan eğitim programları açarak bu alanda genç ve deneyimli bireyler yetiştirmeyi hedeflenmektedir (7).
Aynı zamanda Anadolu Üniversitesi'nde Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi'nde Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı önümüzdeki 10 yılların teknolojisi olan nanoteknoloji alanında lisansüstü eğitimlerini sürdürmektedirler (7).
Devlet desteğiyle kurulan araştırma merkezleri ve nanoteknolojinin önemini kavramış olan üniversitelerin yanında özel sektör de bu teknolojiyle üretilmiş ürünlerini teker teker Türkiye pazarına sunmaktadır. Yaşar Holding Boya Grubu’nun 50 yıllık markası DYO ile 21. yüzyılın teknolojisi olarak kabul edilen Nanoteknoloji artık Türk boya sanayisine adım atmıştır. Boya ve kaplama sektöründe nanomalzemeler ile yangın geciktiricilik, antimikrobiyel yapı, çizilmezlik, aşınmazlık, korozyon direnci, ses izolasyonu, güneş ışığına dayanım, kendi kendini temizleme, kolay temizlenebilme, bariyer özellik gibi pek çok fonksiyon bir arada ya da ayrı ayrı sağlanabilmektedir (7).
İstikbal ve yan kuruluşu Boyteks Tekstil A.Ş. AR-GE ekibi tarafından Nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen Biocare adlı kumaş, günlük hayatta kullanılan televizyon, bilgisayar, cep telefonu, mikrodalga fırın gibi elektronik cihazlardan yayılan non-iyonize radyasyonu %98,5 oranında engellenmektedir (7).
Bor ve Nanoteknoloji kullanarak geliştirdiği ürünleri ile dikkati çeken NNT firmasının motorlarda yağ ömrünü %100 uzatan, karbon emisyonunu da %15 azaltan ve yakıt tasarrufu sağlayan ürünleri Türkiye’de ve İngiltere’ de satılmaya başlanmıştır (7).
Damat TWEEN ADV, Nanoteknoloji ile üretilen “ Sihirbaz Gömlekleri”, ni 2009 yılında kamuoyuna tanıtmıştır. Nanoteknoloji kullanılarak üretilen koton kumaştan yapılan gömlekler nefes alması sayesinde üzerinde kir tutmamakta ve sıvıları kesinlikle içine geçirmemekte, sıvılar gömleğin üzerinden leke bırakmadan kolayca akıp gitmektedir (7).
500 bin dolar bütçesi olan ve ODTÜ ile birlikte yürütülen 2 yıllık AR-GE çalışması sonucunda ortaya çıkan dünyanın ilk nanoteknolojik perdesi Evlin Tekstil tarafından üretilmiştir. Evlin Tekstil Yönetim Kurulu Başakanı Caniki: “Projemiz Sanayi – Üniversite birlikteliğinin en güzel örneğidir. Nanoteknolojiyi kullandığımız Gren Guard perdeler ayrıca üzerindeki çay, yağ, şarap, gibi organik lekeleri zaman içinde yok etmektedir.” diye belirtmiştir. Nanoteknolojiyle perdelere antibakteriyel leke itici, UV ışınlarını süzen, böcek ve sineksavar gibi özellikler de eklenmektedir (7).
Doç. Dr. Ahmet Oral STM Laboratuarında atomları tek tek görüntüleyebilen Taramalı Tünelleme Mikroskobu, hatta bu işi iletken olmayan yüzeylerde de yapabilen Atomik Kuvvet Mikroskoplarını üretmiştir. Son derede duyarlı bir mühendislik gerektiren bu aygıtların bazı parçalarını Saman Pazarı’nda bir kısmını Sanayi Çarşısı’nda, bir kısmını da ODTÜ Teknokent’ te yaptırmıştır. Bu aygıtlar dış ülkelere 60.000 dolarla 150.000 dolar arasında değişen fiyatlarla satılmıştır. DR. Oral bilimsel çalışmalarının ürünlerini Nanomagnetics Instruments Ltd. adlı kendi firması aracılığı ile pazarlamaktadır (15).
SONUÇ
Teknolojik gelişmelerin birbirini katalizleyerek çığ gibi büyüyen ve önceden tahmin edilmesi zor yeni gelişmelere yol açtığı heyecan verici bir çağda yaşamaktayız. Gerek ülke ekonomimize ve gerekse dünya ekonomisine getirmekte olduğu katkı ve girdilerin her geçen gün hızla arttığı bu alanda önümüzdeki on yıl içerisinde yaklaşık olarak 1 trilyon dolarlık bir pazar büyüklüğüne ulaşılması beklenmektedir. Gerek söz konusu ekonomik büyüklük ve gerekse insanlığın hizmetine sunulmakta olan değerlerin büyüklüğü nanoölçekte atılan adımların etkilerinin büyüklüğünü gözler önüne sermektedir.
Kendi kendini temizleyen boyalardan, kirlenmeyen kumaşlara; kanserli hücrelerin vücuda zarar vermeden öldürülmesinden, günlerce etkisini kaybetmeyen kremlere; tek şarbon mikrobunu bile algılayabilen sensörlerden, bakterileri öldürdüğünden dolayı kokmayan çoraplara ve mikrop barındırmayan buzdolaplarına kadar hayatımıza girmeye başlayan nanoteknoloji yeni bir teknoloji devrimi olarak algılanmaktadır. Sonuçları itibariyle global ekonomiye etkileme potansiyeline sahip nanoteknoloji henüz gelişme evresindedir. Beklentiler nanoteknolojinin önümüzdeki 15-20 yıl içerisinde gelişmesini tamamlayıp insanoğlunun hayatına mucizevi olasılıklarla birlikte girmesidir (4).
Nanoteknoloji bir yandan eski teknolojilere yeni bakış açısı getirirken diğer yandan da, daha önemli ve kritik olan, önceleri olanaksız gibi gözüken yeni teknolojilere ve uygulamalara kapı aralamıştır. Örnek olarak, malzemelerin özellikleri, nanoteknoloji sayesinde daha iyi anlaşılmış, dolayısıyla bu malzemelerin kullanıldığı uygulamalarda belirgin iyileştirmeler gözlenmiştir. Öte yandan, nano düzeyde işlevselleştirilmiş nanoparçacıklarla kanserli dokuların yok edilmesi nanoteknolojiyle olanaklı hale gelmiştir (4).
Nanoteknolojinin birçok yararının yanında olumsuz etkileri de olabilir. Örneğin; makineleşmenin artması, düşük maaşlı çalışan işçilerin iş gücünde küçülme, daha az denetleyicinin görev alması, devlet ve özel şirketlerde olan güvende ve buna ek olarak süreci uygulayanlar ve tüketiciler arasında giderek uzaklığın artması sayılabilir.
Ülkemizde ulusal malzeme bilimleri ve nanoteknoloji araştırma merkezi (UNAM), modern binası, dünyadaki en ilerilerine eşit araştırma laboratuarları, özgür çalışma ortamı ve ileri donanımıyla nanoteknoloji araştırmalarına öncülük etmektedir. Ayrıca birçok kuruluş da nanoteknolojiyi içeren ürünler üretmektedir.
Hemşirelik uygulamalarında ise nanoteknoloji dezenfeksiyon ve sterilizasyon alanında, hastalıkların tanı ve tedavisinde giderek artan derecelerde yer almaktadır.
KAYNAKÇA
1. Akbaba, A., Ova, D., Kazar, G., Ulutan, S., Nanoteknolojinin gıda ambalajında uygulanması, Gül, M., Umdu, S.E., Birinci Polimerik Kompozitler Sempozyumu ve Sergisi, İzmir, 505 – 510, (19.11.2006).
2. Arpaç, E., Bakterilere karşı nanoteknoloji, Popüler Bilim Dergisi, 165, 44 - 48, (2007).
3. Ayhan, A., Dünden Bugüne Türkiye’de Bilim ve Teknoloji, Beta Basım Yayım Dağıtım AŞ., İstanbul, 379 – 387, (2002).
4. Bayındır, M., Nanoteknoloji hayatımızda, Bilim ve Ütopya Dergisi, 12 – 18, (2009).
5.Berker N.,Bilim ve teknoloji haberleri, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos, 11, (2009).
6. Crosby, D., Büyük tartışmalara gebe küçük teknoloji nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, 438, 97, (2004).
7. Çakmak, S., Türkiye’de AR – GE faliyetleri, Hacettepe Nanobülten Dergisi, 8, 10 – 14, (2009).
8. Çelik, İ., Yeni nanoparçacıklarla yeni ilaç umutları, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos, 11, (2009).
9. Çıran, S., Metrenin bir milyonda birinde bilim ve teknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi: Ek; Yeni Ufuklar, Ağustos, 6 – 7, (2005).
10. Dündar, P., Dişleri koruyan nanoparçacıklar, Bilim ve Teknik Dergisi, Şubat, 11, (2009).
11. Erkoç, Ş., Nanobilim ve Nanoteknolojide Gelişmeler ve Uygulamalar, Nanobilim ve Nanoteknoloji, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim A.Ş., Ankara, 2, 7 – 27, (2007).
12. Gök, H., Fiziksel tıp ve rehabilitasyon uzmanlarının nanoteknolojiden beklentileri, Türkiye Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Dergisi, 53 özel sayı: 2, 13 – 17, (2007).
13. Gümüşderelioğlu, M., Doku mühendisliğinde nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, Yeni Ufuklara Eki, Ekim, 2 – 10, (2007).
14. Gümüşderelioğlu, M., Biyomalzemeler, Bilim ve Teknik Dergisi Yeni Ufuklara Eki, Temmuz, 20 – 21, (2002).
15. Gürdilek, R., Bilkent ulusal nanoteknoloji merkezi; Türkiye’de geleceğin üssü, Bilim ve Teknik Dergisi, 453, 40 – 43, (2005).
16. Gürdilek, R., Yıldız, S., Yılmaz, E., Nanoteknoloji Türkiye dünyayla yarışıyor, NTV Bilim Dergisi, 3, 34 – 47, (2009).
17. Gürdilek, R., Umutla kabusun arasında nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, 398, 41, (2001).
18. Karahaliloğlu, Z., Vural, T., Haberler, Nanobülten Dergisi, Ocak, 3 – 4, (2009).
19. Kocaefe, C., Nanotıp; yaşam bilimlerinde nanoteknoloji uygulamaları, Hacettepe Tıp Dergisi, 38, 33 – 38, (2007).
20. Özgür, H., Gemici, Z., Bayındır, M., Akıllı nanoyüzeyler, Bilim ve Teknik Dergisi, Nisan, 52 – 56, (2007).
21. Vural, M.K., Kalp cerrahisinin geleceği, Türkiye Klinikleri J Cardiovasc Sci, 19, 181, (2007).
22. …….: Kanser tedavisinde moleküler mantık devreleri, Nanobülten Aylık Gazete, Ankara, (Ağustos 2009).
23. …….: Teknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, Mart, 9, (2005).
24. …….: Üniversite sanayi işbirliği ekonomik güneş enerji panellerine doğru, Nanobülten Aylık Gazetesi, Ankara, ( Ağustos 2009).
EKLER
EK 1: NANOBİLİM VE NANOTEKNOLOJİNİN KRONOLOJİK GELİŞİMİ
1959: Richard Feynman meşhur konuşmasını yaptı.
1974: Aviram Seiden ilk moleküler elektronik alet için patent aldı.
1981: G.K. Binnig ve H.Rohrer atomları tek tek görüntüleyebilmek için STM’yi icat ettilet.
1985: R. Curl Jr.,H. Kroto, R.Smalley C6o’ı keşfettiler.
1986: K.E. Drexlor ‘Engines of Creation’ kitabını yayınladı.(Moleküler nanoteknoloji fikri).
1987: İletkenliğin kuantum özelliği ilk defa gözlendi.
1987: T.A. Fulton ve G.J. Dolan ilk defa tek elektron transistörü yaptı.
1988: W. De Grado ve ekibi ilk defa suni protein yaptılar.
1989: IBM (Zurih)’de 35 xe atomundan IBM yazısı yazıldı.
1991: Iijima çok duvarlı karbon nanotüpleri keşfetti.
1993: Iijima ve Bethune tek duvarlı karbon nanotüpleri keşfetti.
1993: Rice Üniversitesi’nde (ABD) ilk “nanoteknoloji” laboratuarı kuruldu.
1997: N.Seeman ilk defa DNA molekülü kullanarak nanomekanik aygıt yaptı.
1997: İlk defa nanotüp kullanılarak elektrik akımı ölçüldü.
1998: C. Dekker ve ekibi TUBEFET yaptı.
1999: M.Reed ve J.M. Tour ilk defa tek organik molekül ile elektronik anahtar yaptı.
2000: ABD’de ilk defa nanoteknoloji araştırmaları için 422 milyon dolar kaynak ayrıldı.
2001: İlk defa nanotüplerden transistör mantık devreleri yapıldı.
2001: ZnO nanotel lazeri yapıldı.
2002: Süperörgü nanoteller yapıldı.
2005: İlk dört tekerlekli nano araba modeli hareket ettirildi (11).