Nanoteknoloji alanı, 1 ile 100 nanometre arasındaki boyutlarda nanoyapı özelliklerinin incelenmesi ve mikromanipülasyonu ile ilgilidir. Nano bilim, teknoloji, üretim ve tıp dahil olmak üzere çok sayıda uygulamaya sahiptir. Bu teknolojide, bilim insanlarını heyecanlandıran ve endişelendiren birçok yenilikçi gelişme yaşanmaktadır.
Nano Teknoloji Temel Konseptler
Nano teknolojik alanlardaki araştırmacılar, boyutları 1 nanometreye kadar olan çeşitli malzemelerin anatomik özelliklerini gözlemler ve değiştirir. Nanoteknoloji bir alan olarak gelişmekte devam etmekte ve biyologlar, kimyagerler, fizikçiler ve mühendisler dahil olmak üzere çok disiplinli bir araştırmacı grubunu bir araya getirmektedir. Nesneleri nano ölçekte gözlemlemek için güçlü mikroskobik aletler gereklidir. Örneğin; elektron mikroskobu gibi transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ile tarama elektron mikroskobu (SEM), topografik morfolojik ve terkip veriler sunmaktadır.
Atomik kuvvet mikroskopları, ayrıntılı görüntüler oluşturmak için malzemeleri ince bir sonda ile tarar. Buna ek olarak, nanomikroskoplar, araştırmacıların tek molekülleri görmelerine, tek tek atomları ve molekülleri mikromanipüle etmelerine, onları küçük bir sonda ile yeniden düzenlemelerine olanak tanır. Bir maddenin nano ölçekte incelenmesi, gözlem ve deney yapmayı içerir. Birçok maddenin özellikleri nano düzeyde farklı davranır; Bunun neden ve nasıl olduğunun anlaşılması, araştırmacıların potansiyel faydaları ve riskleri fark etmelerine yardımcı olur.
Ek olarak, bilim adamları, madde özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek ve bu teknolojinin pratik kullanımlarını geliştirmek için mikromanipülasyon ve moleküler üretim ile deneyler yapmaktadırlar. Atomlar, protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıklara odaklanan bir fizik dalı olan kuantum mekaniği bilgisi, nano ölçekte davranıştaki değişiklikleri gözlemlerken gereklidir. Statik elektronların hareket etmesi ve tünellenmesi, yalıtkanların yarı iletken hale gelmesi ve erime noktalarındaki değişimler gibi durumları klasik fizik ilkeleri açıklayamaz.
Nanopartiküller, onları kimyasal reaksiyonlar için ideal katalizörler yapan daha fazla miktarda yüzey alanına sahiptir. Ek olarak, atomlar diğer atomların etrafında ve arasında daha özgürce hareket edebilir ve kimyasal özelliklerin değiştirilebileceği bir atmosfer yaratır. Olası farklılıkların bir başka nedeni, yerçekiminin etkisinin azalması ve elektromanyetik kuvvetlerin ve termal titreşimlerin atom davranışı üzerindeki etkisinin artmasıdır.
Nano Yapılar
Bilim adamları, bugün veya yakın gelecekte pratik kullanımları olan belirli nanoyapılar keşfetmişlerdir. Bu yapılar arasında kuantum noktaları (qdots), küresel fullerenler (buckyballs), karbon nanotüpler ve nanoteller olarak bilinen silindirik fullerenler bulunur. Pek çok bilim insanı, nanotüplerin ve nanotellerin olası gelişmelere en çok maruz kalacak olan alanlar olduğunu inanmaktadırlar. Ayrıca Qdot’ların, kanser hücrelerinin konumu da dahil olmak üzere, teşhis testlerinde gelecekteki uygulamalara sahip olacağı inanmaktadırlar.
Bu ve ilgili demir oksit, altın ve manyetik nanoparçacıklar kendilerini proteinlere ve/veya diğer moleküllere bağlama yeteneğine sahiptir. Bir dizi şirket şu anda bu parçacıkları teşhis ve görüntüleme tekniklerini geliştirmek için kullanmaktadırlar. Bucky topları karbon moleküllerinden oluşur ve bir futbol topuna benzerken, elektronikte ve tıbbi teşhis araçlarında teknolojik uygulamaları bulunmaktadır.
Nitelikli bilim adamları, atomların mikromanipülasyonu yoluyla karbon nanotüpleri yeniden oluşturabilirler. Doğru düzenleme ile nanotüpler çelikten daha güçlü ve daha dayanıklıdır ve ağırlık olarak önemli ölçüde daha hafiftir. Nanomühendisler, arabalar ve uçaklar için yapı malzemelerinin temeli olarak nanotüpleri kullanmayı ummaktadırlar. Daha güçlü malzeme, temel güvenliği artıracak, daha hafif ağırlık ise yakıt verimliliğinin de artmasına neden olacaktır.
Araştırmacılar atomları yarı iletkenlerde, transistörlerde ve diğer elektroniklerde kullanmak için doğru kombinasyonu bulma umuduyla nanotüplerdeki atomların düzenini değiştirmek için moleküler manipülasyonu kullanmaya devam etmektedir. Nanoteller, araştırmacıların kopyalayabildikleri küçük tellerdir; nanotüplerle birlikte kullanılma olasılığı da dahil olmak üzere bir dizi potansiyel kullanıma sahiptirler.
Çoğu araştırmacı, nanotellerin geleceğin bilgisayarlarında ve elektroniklerinde transistörler ve yarı iletkenler olarak kullanılacağına inanmaktadır. Nanoteknolojideki gelişmelerden yararlanan yaygın olarak kullanılan bir dizi ürün arasında güneş kremi, kendi kendini temizleyen cam, gözlük camları, antimikrobiyal bandajlar, yüzme havuzu temizleyicileri ve dezenfektanları, kırışmaya dayanıklı kumaşlar, kozmetikler ve LCD ekranlar gibi ürünlerde kullanılan çizilmeye dayanıklı kaplamalar bulunmaktadır.
Nanoteknoloji Tehlikeleri
Nanoteknolojinin en riskli yönleri bilinmeyen tehlikeler, yanlış kullanım ve sağlık ve çevre üzerindeki zararlı etkileridir. Bilim adamları, yeniliklerinin potansiyel etkilerini tam ve kesin olarak bilmeden nanoparçacıkların pratik uygulamalarını bulmak için çalışmaya devam etmektedirler. Teknolojiler insan bilgisini ve anlayışını aştığında, temel riskler her zaman mevcuttur. Maddeleri moleküler düzeyde değiştirme yeteneği güçlü bir beceridir ve yanlış ellere bırakılırsa yanlış kullanıma yol açabilir.
En büyük endişe bir veya daha fazla kişiye kasıtlı olarak fiziksel zarar vermek için parçacıkları manipüle etmektir. Bir teröristin bu teknolojiyi küçük, saptanamayan biyolojik veya atom silahları yaratmak için kullanması oldukça tehlikeli sonuçlar doğurabilir. Kötüye kullanımın etik kaygıları, belirli özelliklerin mühendisliği yoluyla insanların genetik yapısını değiştirme olasılığını da içerir.
Nano prosedürü toplumun yüksek gelirli kesimine yönelik olur ve nüfusu sınıflara bölebilir. Nano ölçekteki parçacıklar insanlarda toksik etkilere neden olabilir. Çünkü o kadar küçüktürler ki, kan-beyin bariyerini geçme potansiyeline sahiptirler, bu da kitle zehirlenmesine veya istenmeyen nörolojik etkilere neden olabilir. Ayrıca bilim adamları, nanoparçacıklara uzun süre maruz kalmanın insan vücudunu etkileyip etkilemeyeceğini henüz bilmiyorlar.
Potansiyel tehlikeleri en aza indirmek için katı hükümet yönergeleri mevcut olsa da, bazıları hala uzun süreli maruz kalmanın yavaş bir zehirlenmeye ve gelecekte sağlık sorunlarına neden olabileceğinin makul olduğuna inanmaktadır. Araştırmacılar, nanoparçacıkların su kaynaklarının kontaminasyonu veya hayvan popülasyonlarına zarar gibi çevre için potansiyel tehlikeler oluşturup oluşturmadığını bilmiyorlardır.
Birçok bilim insanı tarafından reddedilen bazıları hala “gri yapışkan” senaryosundan korkmaktadırlar. Bu senaryo, nanorobotların kendi kendini kopyalayacağı, tüm organik dünya tükenene kadar kendilerini klonlayacağı ve ardında dev bir gri yapışkan madde bırakacağı teorisine dayanmaktadır. Bunlardan bazıları spekülatif olsa da, bilim insanlarının son laboratuvar bulguları nedeniyle insan vücudu ve çevreye yönelik kısa ve uzun vadeli tehditler konusunda geçerli endişeleri vardır. Bu endişelere neden olan laboratuvar bulguları şu şekildedir;
• Nano malzemesi olan fullerene maruz kalma su pirelerini öldürmüştür,,
• Fullerenler balıklarda beyinde geniş bir alanın hasarına neden oldu ve balıkların fizyolojik yapısını değiştirdi
• Solucanlar, toprakta kolayca dolaşan fullerenleri emebildi,
• Uzun süreli maruz kalmaya maruz kalan laboratuvar hayvanlarının vücutlarında nanopartiküller parçacıklar birikti,
• Qdots insanlarda kadmiyum zehirlenmesine neden oldu,
• Nanopartiküller bir annenin plasentasından geçebilir olduğu tespit edildi,
• Nanopartiküller, serbest radikallerin oluşumuna yardımcı olabilir,
Nanoteknolojiyle ilgili gerçek ve potansiyel riskler; faydalarının risklerden daha ağır basıp basmadığını belirlemenin nicel bir yolu olmamasına rağmen çok fazla endişe uyandıran bir konudur.
Nanoteknoloji: Avantajları ve Dezavantajları
Nanoteknoloji birçok potansiyel uygulama ve avantaj şunları içerir:
• Kanser gibi hastalık tedavilerindeki gelişmeler
• Daha iyi görüntüleme ve teşhis ekipmanı
• Yakıt ve güneş pilleri gibi enerji verimli ürünler
• Dayanıklı, hafif, verimli üretim araçlarına izin veren üretimdeki iyileştirmeler
• Transistörler, LED ve plazma ekranlar ve kuantum bilgisayarlar dahil olmak üzere geliştirilmiş elektronik cihazlar
Nanorobotlar, ozon tabakasını yeniden inşa etmek, kirli alanları temizlemek ve yenilenemeyen enerji kaynaklarına bağımlılık dersi vermek için kullanılabilir.
• Dezavantajları şunları içerir:
• İnsanlar ve çevre için potansiyel tehlikeler
• İmalat ve tarım işlerinin kaybı
• Daha verimli enerji kaynakları ve moleküler manipülasyonla yeniden üretilebilen altın veya elmaslar nedeniyle potansiyel olarak daha düşük bir petrol değerine bağlı olarak ekonomik piyasa çöküşe uğramaktadır,
• Kitle imha silahlarının erişilebilirliği,
• Geliştirilmiş atom silahları,
• Nanoparçacıklardan yapılan araştırma ve ürünlerin maliyeti,
Tıpta Nanoteknoloji
Tıp alanındaki birçok heyecan verici yenilik, nanoteknolojideki gelişmelerle ilgilidir. Bunlar, görüntüleme ve teşhis araçları, ilaç dağıtım sistemleri, tedavi uygulamaları, anti-mikrobiyal seçenekler ve hücre onarımı ve rejenerasyonundaki gelişmeleri içerir. Araştırmacılar şu anda ilaçları doğrudan belirli hücrelere ulaştırmak için nanoparçacıkları kullanmanın yollarını geliştirmektedirler.
Kemoterapi ve radyasyon tedavileri, etkilenen ve sağlıklı hücrelere zarar verebileceğinden, bu özellikle kanser hücrelerinin tedavisi için umut vericidir. Hedefe yönelik ilaç tedavileri, ilacı doğrudan etkilenen hücrelere ileterek etkinliği artırır ve olası yan etkileri azaltır. Nanopartiküllerin mikromanipülasyonu, atomları etkilenen hücreleri çekecek şekilde düzenleyebilir ve bu da kanser gibi hastalıkların erken teşhisine yardımcı olabilir. Nanopartiküller ayrıca acil durumlarda da kullanılabilir. Bucky topları, alerjik reaksiyonları durdurmak için anti-inflamatuar özelliklere sahip olacak şekilde manipüle edilebilir; nanopartiküller ayrıca kanamayı azaltabilir ve pıhtılaşmayı hızlandırabilir.
Teşhis testleri ve görüntüleme, nanopartiküllerin kendilerini belirli proteinleri veya hastalıklı hücreleri tespit edecek ve bunlara bağlayacak ve MRI görüntülemesini geliştirecek şekilde düzenlenmesiyle geliştirilebilir. Antimikrobiyal bandajlar şu anda piyasada mevcuttur, ancak başka birçok olası kullanım vardır. Kremler enfeksiyonlara saldırmak ve yaraları tedavi etmek için kullanılabilir; antimikrobiyal nanokapsüllerle tedavi edilen yanık sargısı enfeksiyonları önleyebilir ve tedavi edebilir.
Gelecekte, nanorobotlar, vücudun doğuştan gelen iyileşme yöntemine benzer şekilde hasarlı hücreleri onaracak şekilde kodlanabilir. Nanoteknolojinin tıp alanındaki uygulamaları, yaşam sürelerini artırma, hastalıkları daha etkin bir şekilde teşhis etme ve tedavi etme ve vücudun doğal sağlık süreçlerini yakından taklit eden tedaviler sağlama potansiyeline sahiptir.
Nanobilim ve Mikroskopi
Tarama sensörü Mikroskop nanometre ölçeğinde bir görüntü gerektiğinde kullanılır. Keskin bir uç kullanılarak bir numunenin yüzeyi üzerinde bir raster desen oluşturulur. Bilgi daha sonra nano-detayına kadar saklanır, görüntü birleştirilir ve ekranda görüntülenir. Nanobilim yada nanoteknoloji geliştirmelerinde kullanım için Tarama Sondası Mikroskobu içinde tanınan belirli kategoriler vardır ve bunlardan ikisi şunlardır:
• Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM):Bu durumda, mikroskop bir elektrik voltajı uygularken uç yüzeye çok yakın geçer. Bu tünelleme akımı kaydedilir.
• Bu, atomik düzeyde çok küçük ayrıntıları gösteren bir görüntü oluşturur.
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) – görüntüyü oluşturan numunenin yüzeyini tarayan keskin bir problu bir konsol kullanır. Probun ucu bir yüzeye yaklaştığında, uç ile numune arasındaki temas kuvvetleri konsolu saptırır. Hooke yasasına göre çalışmadır. Manyetik kuvvet mikroskobu (MFM) ise atomik kuvvet mikrokopisi’nin bir çeşididir.
Nanoteknoloji , elektronik, imalat, yenilenebilir enerji ve tıptaki yenilikler dahil olmak üzere birçok mevcut ve gelecekteki uygulamaya sahiptir. Bilim adamları, nanoparçacıkların gerçek potansiyelini ve potansiyel tehlikelerini yeni yeni anlamaya başlamaktadırlar.
Kaynakça:
https://www.medicalnewstoday.com/articles/244972
https://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/en/nanotechnologies/l-3/1-introduction.htm
https://www.googleadservices.com/pagead/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu