Katalog

Yeni binyılın eşiğinde en minik Bir tek bakteri hücresinin içine sığabilecek küçüklükte, nanoteknolojik bilgisayar ne kadar mümkün? I Doğan Yücel (*) • nsanhk, qenel olaıak kuçuğe karşı sempatı besler Bebekler kuçuk yaratıklar herkes ıçın sevımlıdır Ancak spvımlı ya da sempatık oluşunun dışında da kuçuk gıttık çe daha çekıcı hale gelıyor Teknolojı alanında her geçen gun daha kuçuğe ulaşüıyor Gıttıkçe daha kuçuk cıhazlar uıetüıyor madderan daha kuçuk bıçımlen goruntıüenebılıyor daha kuçuk bıçımlen araştırüıyor Teknolojıdekı bu kuçukneye "nanoteknoloji" denıyor Nano Yunanca kuçuk cuce anlamına gelen nanos sozcuğunden gelıyor Nano ayru zamanda lnternasyonal Sıs temde (SI Internatıonal System of VVeıghts and Measures) bır temel bırımın mılyarda bırı anlamına gelıyor Orneğın metrenın 10 9 u kadar kuçuk bır uzunluk (0 000 000 001 metre) 1 nanometreye karşılık gelıyor Ihbın yıl once Yunan füozofları, sezgılerı ıle tum maddelerm atom denılen çok kuçuk bırımlerden oluştugunu belırtmışlerdı Bugun o çok kuçuk bırımlere molekül dıyoruz Gerıe Eskı Yunarı füozofları, evrende her şeyın dort temel elementten oluştugunu one surmuşlerdı Toprak, hava, ateş ve au. Bu ıddıarun da hıçbır kanıtı yoktu Ama sımyacı lar yuzyülarca bu yarüış bılgının peşınde koştular Sımyacüar amaçlarına ulaşama&dldr da dolaylı olarak lamya bılımının doğmasına yol açtüar Kımya bılırru sayesınde evrende 100 u aşlan elementın bulundugu saptandı ze hıtap eden veya klavye gıbı hem goze hem dokunma duyusuna yonehk aracüar konuluyor cıhazlara Ornegın, elektron mıkroskobunun sınyallerı goruntuye donuşturuluyor Zaman ıse bızım sınır sıstemımızm yavaşüğma uymaü (sınır sıs sR Moleküler nanoteknolojıde atomlarm ve molekullerın yerlerı bellı Herhangı bır knnyasal urunu uretmek ıçın reaktanlar (reaksıyona gıren maddeler) bugunku kimyasal uıetım ışlemlerınde oldugu gıbı gelışıguzel değü, belh bır konumda uretım surecme sokulur BoyİPre ustenmeyen urunler oluş maz daha yuksek bır uıetım hızına ulaşüabüır Boyle bır sıstem "Moleküler Değirmen" olarak adlandırüıyor Boyle bır sıstemle tek bır ıstasyonda sanıyede 1 müyon reaksiyon dan fazla bır hız ulaşüabüecegı belırtüıyor Bugunku uretım sıstemlerı üe moleküler nanoteknoloji uretım sısternı arasındakı fark Şekil 1 de goruluyor Nanoteknolojıde ıdeal çalışma malzemesı elmas. Elmas, ozellıklerı ıyı bümen bır element olan karbon atomundan oluşmuştur Taşıdıgı yogun kimyasal bağlar nedenıyle elmasın çok sert ozellıkte oldugunu büıyoruz Goze kolay kırılır gıbı gorunse de nanometre du zeyınden kuçultulduğunde çelıkten büe saglam ozellüc gosterır, denıyor Nanoteknoloji devrimi neler getiriyor? Nanoteknoloji devrımı sayesınde alyuvarlanmı? tek tek ıncelenebüır Tek bır molekulun üetkeıüığı olçule büır Tek bır enzım molekulunun reaksıyonları ızlene büır Bunun ıçın süıka ya da zeolıtten yapümış zarlarda nanometre buyuklugunde oluşturulmuş delıklere hac mı femtolıtre duzeyınde olan (femtolıtre =1x10 1 5 lıtre) tuplerde molekullerın tutulması gerehyor Nanoteknoloji devrımı sayesınde tarama yapan müc roskoplar (scannıng probe mıcroscope) uretıp hucreler ıçındekı molekullerı tek tek ızlemek mumkun Gu numuzdekı ırı bıyokımya analızorlerının yerını superotomatık cep analızorlerının alması belkı çok uzak de ğıl Canlı hucresı ıçme sıgabüecek kadar kuçuk moleküler bügısayarlar antıkorlarla bırleştırüerek hucre ıçınde toksınlerın ya da vırusleı ın yol açtıgı anormallık 1 ler onarüabüır (hucre onarma makmesı ) nanoteknolo jı sayesınde Hucre duzeyınde yapüabüecek analızlerle her hastanm bıyokımyasal ozellıklermp uygun tıbbı tedavı uygulanabüır Her hastanm taşıdıgı genetık ozel hk aynı gun analız edüerek belırlı hastahklara yatkırüıgı ya da bazı üaçlara duyarhlıgı ogrenılebüır Vucut dışında dogal yapısınm aynı, saf proteınler ve dıger polımerler uretüebüır Bu polımerler moleküler bügısayarlaıın uretımını de kolaylaştırabüır Bu tur uretımler üaç sanayısıne de hız kazandırır Moleküler nanoteknolojı üe üerıde sımyacüarın duşu gerçekleştırüebüır Kaıbon atomları belh bır duzende dızüerek elmas büe uretılebüır Bu saydıklarımıza daha pek çokları eklenebılır Deqınılenlerın bazıları çok utopık de qelebüıı Ancak m sanoğlu onune ustesınden gelebüecegı sorunları koyaı Papaz olmasına rağmen, skolastıgm etkısınden en erken kur tulan dın adamlarmdan bırı olan Ingılız bılımcı Roger Bacon un (1220 1292), Leonardo da Vıncıden çok daha on ce, gunumuz uçaklarını andıran uçan cısım modellerı çızdıgı belırtılır Bugun gelınen nokta açık Yazımızın başında kuçuk sempatüctır dedüc Urüu teorık fızıkçı Stephan Havrking Maddemn çok kuçuk ve çok yo gun halınden soz eder O kadar kı koca bır dagın kutlesının santımetrenın müyonda bırının müyonda bırı kddar boyutlaıı olan bır hacme yanı bır atom çebrdeğının ıçme sıbştırılması gıbı bır yogunluk tanımlar Maddenm bu halı hayranlık uyandırsa da, pek sempatık olmasa gerek Kaynaklar 1 HUmılton RG Molecular engmeerıng Applıcdtıons to clınıcal Lriboratory Oın Chem 1993,39 1988 1997 ? Kaehler T Nanotectınology Basır ronrepts and definıtıons Cün Chem 1994 40 1797 1799 3 FahyGM Molecular Nanotechnology Clın Chem 1993 39 2011 2016 4 Burtifa CA Technologıral trends ın clınıcal laboratory scıence Clın Chem 1995 28 213 219 5 Levy GB The seven dwarfe Int Lab 1998 28 4 6 6 Hawkıng SW Zamarun Kısa Tdrılıı Mdlıyet Yayınları Istanbul 1993 Kuçukler dunyası yalnızca kımyanın tekehnde degıl bugun Fızık ve bıyolojı gıbı dısıplınler de bu dunya ıle doğrudan ılgüı, bu bahma bıyolojı ve kımyanın sentezı olan bı yokımya da Ve bugun çeşıtlı vucut sıvüarında ımmunolojık yontemleıle yanı antıjen antıkor etkıleşımlerıyle konbantras yonu zepto (1x10 z ı ) ya da yokto (1x10 2 4 ) mol/L duzeyınde olan büeşenlerı saptamak olanakh Enstrümental Nanoteknoloji Yenı teknolojüerle gıttıkçe kuçuk olçuleıde mekanık ya da elektromk cıhazlar yapüabüıyor Mılımetrık mıkıometrık (mctronın mılyonda bırı) ya da rıanometrık olçulerde motorlar dışhler volan kayışlan pompalar valfler optık ya da elektrokımyasal detektorler bataıyalar sensorleı regulator ler turbınler transıstorler vb yapüabüıyor Ornegın, 70 na nometre buyuklugunde ınsan qozu üe yorulrnesı mumkun olmayan (çıplak ınsan gozu bu buyukluğun yaklaşık olarak 100 katı buyukluğu seçebılır) bakırgumuş bataryalan yapümış Makınp paı çolarının boylesıne kuçulmesı, cıhaz hacım lerının kupleı ı kadar kuçulmesını getınyor (alanda kuçulme buyuklugun karesı kadarken hacımde kuçulme kupu kadar dır) Bu da yenı avantajlar getırıyor Oı neğın mınyatur turbın ler çok yuksek huda kırümaksızın çahşabüıyor Hesaplama lar, mılımetrık olçulerdekı bır rrıotoıun ıtme/ağırhk oranının en gelışmış uçak motoıundan 10 kat daha yuksek olabüece ğını gostermış Daha a? hammadde kullanılması da cabası Yenı teknolojı ayru zamanda çok da hızlı Ornegm, 1998 yılırı da sanıyete 500 müyondan fazla transıstor uretddığı belırtüı yor Ustelık çok ucuza Her bırı 0 000 0001 dolara1 Bır bügısayardakı entegre devrelerın 3 S müyon transıstor ıçerdığı Şekll 1: Bugünkü kimyasal reaksiyon siıtemi (A) ve "moleküler değirme değirmen (B7 temımızde en yuksek üetım hı?ı mıyelınlı sınırlerle sağlanır olup sarayede 100 metredır) Moleküler nanoteknoloji Moleküler nanoteknolojı her bır atornun bır yeımın bulundugu cıhazları ya da yapüan uretmeyı hedefleyen bır muhendıslık dısıplını Moleküler nanoteknolo]i üe atom ya da molekullerın bügı taşıyan cıhazlar veya ınalone parçaları olarak kullanüması amaçlanıyor Bu ozeUıklerı üe moleküler na noteknolojı yukanda sozunu ettıgımız mınyatur cüıaz uretımınden farklı Bu teknolojının yola çıkış noktası ıse canlı huc relerı Ornegın canlı hucrelermdekı bıyolojüc katahzorler olan enzımler ıse canlı hucreİPrı ornegın canlı hucrelerın dekı bıyolojık katahzorler olan enzımler moleküler duzeyde makınp olaıak goruluyor Gene canlı hurrplerının zarlarında bulunan ıyon pompaları kısmen mekanık olarak çalışan molekuller olarak duşunuluyor Benzer şeküde çalışan çok daha gelışmış makmeler yapüabılır denıyor Insan hucrelen yenetık bügıyı hucre çekırdeğındekı 3x10^ baz çıftınde saklıyor Bu kabaca tek bır hucre çekırdeğınde 400 Megabayt bügı saklanması demek kı bu bügının yogunluğu mıkrometrekup başına yaklaşık olarak 6 Mega bayt ya da santirnetıekup başına 3xlO 1 0 g±ıı bır yogurüuga karşüü< gelıyor Bu yoğunluğun çok daha fazlasının gunumuz bügısayarlarına aktarüabüecegı behrtüıyor Bır karbon polımermde hıdrojen atomu 0 ı karbon atomuna yakın flor ato mu ıse 11 temsü ederse 6xlO 2 0 gıbı bır bılgı yogunluguna ulaşabüeceğı one suruluyor Nanoteknoloji üe tek bır bakte rı hucresınm ıçme sıgabüecek denlı kuçuk bügısayarların yapüabüecegı behrtüıyor goz onune alınmca bilgisayarlaıın neden ucuzladığı an laşüıyor Mınyatuı üansıstorlerın getırdıklerı konusunda bır ornek Bır dıjıtal hucre telefonu eğer transıstorler yerıne vakumtuplen üe yapüsaydı buyuklugu koca bır bınadan da ha fazla yer kaplardı denıyor Ne var kı ınsan bedenı bu mınyatur cıhazların yanında çok ırı ve hantal kalıyor Bu nedenle, cıhazların ana parçaları nanometre duzeyınde olsa büe ya da nanosanıyelerle çalışsa bıle, butun bu kuçultmeler ınsanoğlunun duyularına gore ayarlanmalı Insan duyulan ıçınde gorme duyusu dığer du yulara baskın Bu nedenle bılgısayar ekranı gıbı ozellüde go659/20 (*) Ankara Egıtım VP Araştırma Has Bıyokımya Lab