ÇAĞDAŞ BİLİM-2: NANOTEKNOLOJİ

NANOTEKNOLOJİ

Nanoteknoloji, uygulamalı fizik, madde bilimi, arayüz ve parçacık bilimi, makine-fizik, moleküler kimya, kendini yenileyen makine ve robotik, kimya mühendisliği, mekanik mühendisliği, biyoloji mühendisliği ve elektrik mühendisliği (moleküllerin kovelant olmayan parçacık etkileşimleri üzerinde çalışan kimya alanı) çok fonksiyonlu bir alandır. Araştırmanın bu kanallarından yola çıkarak, neyle sonuçlanabileceği hakkında değişik beklentiler mevcuttur. Nanoteknoloji, varolan bilimlerin nano boyutta uygulanması ya da daha modern bir deyişle, asla yapılmamışı kullanarak var olan bilimlerin yeniden düzenlenmesidir. Nanoteknolojinin, bilimleri bir şemsiye altında gruplaması, nano boyutta işleyen farklı bilimler arasındaki küçük sınırları ve geçişleri temelde sorgulanmıştır. Cihazla çalışma bütün disiplinlerde ortak alandır.Zıtlarda, örneğin eczacılık ile yarı-iletkenler endüstrilerin birbirleriyle bir ilişkileri yoktur. Birbirinin ürünlerini kullanan işbirlikçiler ‘nanoteknoloji’ sıklıkla bunları belli başlı endüstriyel gruplara pazarlarlar.

Nanoteknolojide iki ana yaklaşım kullanılır. ‘Aşağıdan yukarıya’ olan yaklaşım, mateyaller ve cihazlar kendilerine moleküler tanıma prensibiyle kimyasal olarak monte edilmiş moleküler bileşenlerden yapılır.Yukarıdan aşağıya olan yaklaşım ise, nanocisimler atomik seviyede kontrol olmaksızın daha büyük parçalardan inşaa edilir. Nanoteknolojinin gücü, nanoyapıların işlenmesine ve acayip özelliklerin gözlemine izin veren, elektron demet litografyası ve moleküler demet epitaksisi olarak rafine edilmiş arayüz ve kolloid bilim kombinasyonundan ileri gelmektedir.

Nanoteknolojinin modern kullanımdaki örnekleri, moleküler yapıda polimer tabanlı üretimler ve görünür bilimde çap tabanlı bilgisayar çipleridir. Kuantum noktaları ve nano üpler gibi bir dizi nano teknolojilerin vaad ettiklerine karşın, gerçekçi ticari girişimler temelde, bronzlaşmayı önleyici losyonlar, kozmetikler, koruyucu kaplamalar ve ilaç taşınması gibi kolloidal nanotanecik avantajlarını kullanmaktadır.

‘Nano-teknoloji’de ilk konseptin kullanılması (fakat ismin kullanımı daha erkendir) ‘There’s Plenty of Room at the Bottom’’ (Aşağıda Daha Çok Yer Var), Caltech’te Aralık 1959 Amerikan Fizik Topluluğu’nda , söz alan fizikçi, Richard Feynman tarafından gerçekleşmiştir. Feynman, her bir atomu ve molekülü ayrı ayrı işlemeye imkan veren, kusursuz bir cihaz takımıyla yapan ve bu oran dahilinde daha küçük alanda iş gören, ihtiyaç duyulan boyutta aşağıya inebilen ilerlemeyi tanımlamıştır. Bu esnada, çeşitli fiziksel fenomenlerin manyetizma değişimlerinden, ölçeklendirme konusu ortaya çıkaracağını da not etmiştir. Bu sayede yerçekimi kuvvetinin önemi azalacak, yüzey gerilimi ve Van der Waals kuvveti daha önemli hale gelecekti. Bu temel fikir akla yatkın görünmüş ve üsle katlanan uygulamalar son ürünlerin kullanılabilir miktarda üretimi için ‘paralelizm’le gelişmiştir. ‘Nanoteknoloji’ terimi Tokyo Science Üniversitesin’den Profesör Norio Taniguchi tarafından 1974 yılında yayınlanan yazısında şu şekilde tanımlanmıştır:‘Nanoteknoloji’ temelde, maddelerin bir atom ya da bir molekül tarafından ayrılması, birleştirilmesi ve bozulması yöntemi anlamına gelmektedir. 1980'lerde bu tanımın temeli, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology , Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation, kitapları ve konuşmalarında nanoboyut fenomeninde teknolojik cihazların önemi, Dr.K Eric Drexler tarafından daha da derinleştirilmiştir. Bu sayede terim gerçek değerini görmeye başlamıştır. Nanoteknoloji ve nanobilim 1980'lerin ilk yıllarında iki büyük gelişimle yoluna başlamış; kümelenmiş bilim ve Tarama Tünelleme Mikroskobunun (TTM) keşfi. Bu gelişme 1986’da fullerenlerin ve birkaç yıl sonra karbon nano tüplerin keşfine yol açmıştır.Diğer bir gelişme ise, yarı-iletken nanokristallerin hazırlık ve sentezi çalışmaları; bu da, hızla artan bir dizi kuantum noktaları metal oksit nanopartiküllere öncülük etmesidir. Atomik kuvvet mikroskobu TTM’den 6 yıl sonra bulunmuştur.

Temel Konseptler

Bir nanometre (nm) bir milyarda bir ya da bir metrenin 10 üssü -9’udur. Sözün gelişi, 1 nanometrenin bir metreye oranı bir bilyenin Dünya'nın çapına oranıdır. Tipik karbon-karbon bağ uzunlukları, ya da bu atomların bir molekülde kapladığı alan yaklaşık, 0.12-0.15 nm’dir.Bir DNA çift helix 2nm civarında bir çapa sahiptir. Diğer yandan, en küçük hücresel yaşam formu, bakterianın mikroplazma geni yaklaşık 200nm uzunluğundadır.

Türkiye'de Nanoteknoloji

Yeni gelişmekte olan Nanoteknolojinin 2025 yılı itibariyle hayatımızı büyük ölçüde etkileyeceği düşünülmektedir. Türkiye de şimdiden nanoteknolojiyi üretir hale gelebilmek için uygun adımlar atmaya başlamıştır. En önemli gelişme Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi'nin (UNAM) kurulmasıdır. Bu merkezin amacını Prof. Dr. Salim Çıracı şöyle ifade etmektedir: ULUSAL NANOTEKNOLOJİ MERKEZİ

• Nanobilim ve nanoteknoloji gerek gelişmiş ve gerekse gelişmekte olan ülkeler arasında teknolojik bir yarışa dönüşmüştür. • Nanobilim ve nanoteknoloji alanındaki seviyeleri, âdeta, ülkelerin gelişmişliklerini ölçen bir kriter olmuştur. • Araştırma laboratuarları (nanobilim ve nanoteknoloji araştırmalarına yönelik olarak) yeni bir örgütlenmeye gitmekte; üniversiteler (konu ile ilgili) yeni eğitim programları başlatılmaktadır. • Nanoteknoljiye sahip olmayan ülkeler (gelecekte) tıp, biyoloji, savunma sanayi, iletişim ve bilişim alanında bu yeni teknolojinin ürünlerini çok zor ve pahalıya elde edebileceklerdir. • Nanoteknolojinin insan yaşamını buhar makinesinden veya bilgisayarlardan çok daha fazla etkileyeceği beklenmektedir (bir an için, 18. ve 19. yüzyıllarda buhar makinesinin, çağımızda ise, bilgisayarların insan yaşamında yarattığı değişimi anımsayalım).

Sayın Çıracı, kurulmasını önerdiği Ulusal Nanoteknoloji Merkezi için, kısa dönemli hedefler olarak, şunları öngörüyordu: • Mini gaz sensörleri, biyolojik sensörler; • Mini foton kaynakları; • Hızlı nano-elektronik ve nano-sprintronik aygıtlar; hassas manyetik sensörler; ve • Yüksek çözünürlüğe sahip ölçü aletleri geliştirilmesi…

Diyelim ki, böyle bir merkez kuruldu; bu merkez bize ne yarar sağlar? Sayın Çıracı soruyu şöyle yanıtlıyordu: • Geliştirilecek teknolojilerle nanoteknolojinin ülkemizde kök salması ve ekonomiye katkı sağlar hale gelmesi için ilk temel atılacak, uzmanlar yetiştirilecek., • İthâl olanağı bulunmayan kritik teknoloji ürünleri ülkemizde üretilecek. Yeni istihdam olanakları elde edilecek, ihracatımız artırılacak. • Beyin göçüne engel olunacak. • Çeşitli üniversitelerimizden araştırmacılar birlikte çalışma olanağını bulacak. Evrensel düzeyde bilim üretilecek. • Yabancı ülkelere göç etmiş bilim adamlarımızın kısa sürelerle ziyaret ettikleri ve teknoloji transfer ettikleri bir merkez oluşturulacak.

ACİL ULUSAL PROGRAM

Çıracı konuşmasını, “TÜBİTAK, DPT gibi kuruluşların zaman kaybetmeden konuyu sahiplenmesini beklemekteyiz” sözleriyle noktaladı. Gerçekten de, eğer Türkiye, yarının dünyasında söz ve karar sahibi olma iddiasındaki ülkeler arasında kendisi için bir yer arıyorsa, nanobilim ve nanoteknoloji alanında mutlaka belirli bir yetenek düzeyini yakalamak zorunda. Belki de, konuya en sağlıklı yaxccxvbcxbklaşım, Türkiye’nin de, Clinton döneminde ABD’nin yaptığı gibi, bu alanda ulusal bir programı âcilen yürürlüğe koymasıdır. Bu program çerçevesinde, nanoteknoloji ve nanobilim alanında, Türkiye üniversitelerinin yetenek envanteri de dikkate alınarak, söz konusu merkezin kurulması da dâhil olmak üzere, nelerin yapılması gerektiği ayrıntılı olarak belirlenip hemen harekete geçilebilir. Sayın Çıracı’nın, konunun Türkiye açısından taşıdığı öneme ilişkin tespitlerini ve ortaya attığı öneriyi destekleyecek pek çok gerekçe, TÜBİTAK’ın eşgüdümünde yürütülen ve sonuçlanmak üzere olan Vizyon 2023 projesinde zaten var.

"Geçen yüzyılın son çeyreğinde bilişim ve iletişim teknolojilerinde başlayan hızlı gelişmeler nanoteknolojiye yönelişi tetiklemiştir. Dünya ülkeleri Nanoteknoloji araştırmalarına üniversite ve sanayi sektöründe büyük yatırımlar yaparken ülkemizde de nanobilim ve nanoteknoloji de bir mükemmeliyet merkezi oluşturmak fikri Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından benimsenmiş ve Bilkent Üniversitesinde Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinin (UNAM) kurulmasına karar verilmiştir. Proje, Fizik, Kimya, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümlerinden ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden çok değerli araştırmacılar tarafından yürütülmektedir. Bu araştırmacılarımızdan bazıları yıllardır nanobilimin gelişmesine katkılar yapmış ve Avrupada nanoteknoloji programlarının şekillenmesine yardımcı olmuştur. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Laboratuvarı tamamlandıktan sonra Türkiye'deki bütün araştırmacılara ve bilim adamlarına açık olacaktır. Belli zamanlarda araştırma konuları ilan edilecek ve bu araştırmalara ilgi duyan araştırıcılar projeleri ile başvuracaklar; kabul edilecek projeleri çerçevesinde laboratuvar olanaklarını yeni nanoteknoloji ürünlerini geliştirmek üzere kullabileceklerdir. Bu araştırmalarda yurt dışında çalışan bilim adamlarımızın da aktif bir şekilde yer almasını bekliyoruz. Merkez, araştırma-geliştirme işlevleri yanında ülkemizde nanobilim ve nanoteknoloji konusunda uzman yetişmesinde aktif bir rol üstlenecektir. Projede en önemli araştırma-geliştirme çalışmaları nanotekstil, fiber, nanofotonik- nanoelektronik ve spintronik aygıtlar, fiber lazerler, spektroskopi, nanodetektörler ve nanoölçeklerde ölçüm aletlerinin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşacaktır. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde yapılan yüksek lisans ve doktora tezlerinin kısa zamanda ürüne dönüşmesi ve öğrencilerimizin kendi işletmelerini kurarak uluslararası nanoteknoloji pazarına girmesi en büyük arzumuzdur. Bu şekilde çok değerli beyinlerimiz dışarıya ihraç edilmek yerine ülkemizin refahına katkıda bulunacaktır, ülkemiz modern teknolojide mesafe kaydedecektir." UNAM binasının inşaatı bitmiştir ve çalışmalarına başlamıştır.

Nanoteknoloji Açısından Bilim ve Sanayi Politikamız

Artık bilim ve teknoloji politikamızda bir paradigma değişikliğine gitme zamanı gelmiştir. Teknoloji transferinden vazgeçip, ihtiyacımız olan teknolojiyi ortaya çıkaracak bilimi kendimiz, ülkemizde üretmek zorundayız. Baş döndürücü bir hızla ortaya çıkan ve gelişen yeni teknolojilere yaptığımız araştırmalarla katkı sağlamalıyız. Yakın, orta ve uzun vadede sonuçlar alabileceğimiz kritik alanlar belirlenmeli (bu alanların başında nanoteknoloji gelmektedir), kaynakların ayrılmasında bu alanlara öncelik verilerek, ihtiyacımız olan beyin gücü ve altyapı hazırlanmalıdır. Aksi takdirde, yüksek teknolojiye ödediğimiz miktar gittikçe artacak, ülkemizin kaynakları yetersiz hale gelerek gün geçtikçe daha fakir bir ülke haline geleceğiz. Üretim maliyeti 10 YTL’i geçmeyen kalp damarlarına takılan bir stent için 10000 YTL ödeyen bir çiftçimiz, 7 ton kiraz ihraç ederek bu parayı denkleştirebilecektir. Devamlı kullanmak zorunda olduğumuz bir kutu kanser ilacını almak için her seferinde 5 buzdolabı satmak zorunda kalacağız. Önümüzdeki yıllarda nanoteknolojiye yatırım yapan ülkeler ayakta kalacaklar milli birliklerini koruyabileceklerdir.

Nanoteknolojinin Kullanım alanları

Endüstriyel Alandan

Mikrosensörlerin, mikromakinaların, optoelektronik elemanların imalatı ve uygun şekilde bir araya getirilmesi.

Medikal Alanda: Mikro cerrahide (göz, beyin vb.), Diagnostik kitlerde, Bilimsel Araştırmalarda, Yüzey karakteriasyonu ve modifikasyonu, →Mikroorganizmaların taşınması, İlaç salınım sistemleri, DNA modifikasyonu vb.