Zamanımızda endüstrinin geldiği seviye, bir yandan çok büyük ölçekli üretim, öte yandan yüksek kaliteli, gittikçe küçülen, nanometrik boyutlarda atom ileri teknoloji ürünleri ile hücre altı molekül düzeyinde işlemleri yapma, bunları teknolojiye aktarma noktasına ulaştı. Teknoloji giderek fonksiyonu çok, boyutları küçük ürünlere doğru kayıyor. En fazla fonksiyonu en küçük hacimde barındıran teknolojilere nanoteknolojiler ile ulaşılabiliyor.
Bir ‘nanometre’ metrenin milyarda biri. Bir DNA molekülünün 2.5 nanometre genişliğinde (ya da bir hidrojen atomunun 25 katı büyüklükte) olduğunu veya bir iğnenin başına 900 milyon nano zerrecik sıkıştırılabileceğini söylersek nanoteknolojiye dayanan bilimin alanını bir derece hayal etmemiz mümkün olabilir.
Eğer atomu ufak bir zeytin kadar farz edersek, kompleks bir molekül elma kadar bir şey olur. Bunu biraz daha açarsak, atomlar bakterilerin 1/10.000 büyüklüğündedir. Bakteriler ise bir sivrisineğin 10.000’de 1’i kadardır.
Biyoteknoloji genlerin değiştirilmesi ve suni olarak bir organizmadan diğerine transfer işlemleri ile ilgili genetik mühendisliğidir (rekombinant DNA teknolojisi). Nanoteknoloji ise nanometre düzeyinde canlı yada cansız maddeyle ilgilenir. Bu ölçekte klasik fizik kanunlarından ziyade kuantum fizik kanunları hüküm sürmeye başlar. Atom düzeyinde yani kuantum dünyasında elementler alışılmışın dışında garip ve ilginç özellikler sergiler. Zaten nanoteknolojik malzemelerin gariplikleri kuantum dünyasında atomların, tahminlerin ötesinde özelliklerine dayanır. İşte nanoteknolojinin en büyük özelliği, bu seviyeye inildiğinde malzemenin bir anda değişiklikler göstermesidir. Nanometre dediğimizde, artık atom kümelerinden bahsediyoruz. Nanoteknolojide atomlar düzeyinde çalışıyor, atomlardan sistemler yapıyorsunuz. Bir metrenin milyarda biri gibi küçük bir ölçekte materyaller, cihazlar ve sistemler kurduğumuzda malzeme artık iç yapısından kurtularak, tamamen bir yüzey haline gelmektedir... Bu yüzden, nano boyut, her türlü teknolojide büyük devrimlere yol açıyor. Nanoteknoloji ile süper maddeler yapabilirsiniz. Örneğin dünyadaki tüm filimleri nanoteknoloji ile yapılacak CD’lere sığdırabilirsiniz. Çelikten daha hafif ama ondan yüzler kat daha dayanıklı ve hafif malzeme üretilebilirsiniz. Ya da insan vücudunda istenen yere gidebilen mikroskobik boyutta robotlar tasarlayabilirsiniz. Örneğin, nano boyutlu ilaçlar, son derece daha aktif iyileştirme sağlıyor. Vücudu kesmeden, biçmeden istediğiniz noktaya girebiliyorsunuz. Derideki, mikron mertebesindeki gözeneklerden rahatça cihazınızı damarın içine sokup, gerekli operasyonları yapılabilirsiniz.
Nanoteknoloji atomlarla bir tür oynama sanatı.. Montajcı adı verilen, programlanabilir moleküler makinalar kullanılarak, başka moleküler makinalar yapılır. Montajcılar, tıpkı minik sanayi robotları gibi çalışıyor/çalışacak. Bunlar moleküler aletleri/takımları yardımıyla, kimyasal tepkimeleri yönlendirerek, âdeta atom üzerine atom koyarak, karmaşık yapıları inşa edeceklerdir.
Bu yeni teknolojinin diğer boyutu, Yüce Yaratıcının sanatını taklit ediyor olmamızdır. Yüzyılların birikimi ve tecrübesi ile insanoğlunun eli artık metrenin milyarda biri mesafeye ulaştı. Atomları tuğla gibi kullanarak sistemler kurma becerisine erişti. Bu teknoloji—biyoteknoloji gibi—“doğaya patent verilmesi” olayı bir bakıma. Örneğin ülkemizde nanoteknolojiye yatırım yapan DYO, ışıkla kendini temizleyen ‘akıllı boya’yı nilüfer çiçeğinden ilham almıştır. Zaten ‘nanoteknoloji’nin en büyük ilham kaynağı Yüce Yaratıcının sanat eserleri. Nilüfer çiçeği hep bataklıkta olduğu halde bembeyaz. Dokusu yağmur damlalarına takla attırmak suretiyle kirden kurtuluyor. Bilim adamları ‘nanoteknoloji’yle nilüfer çiçeğinin bu mekanizmasını taklit etmeyi başarıyor.
Aslında, “moleküllerden, makina olarak yararlanabileceğimizi” bize tabiat gösteriyordu. Örneğin, enzimler, başka molekülleri bir arada tutan bağları oluşturan, gerektiğinde bu bağları koparan ve yeniden düzenleyen moleküler makinalardır. Kaslar, moleküler makinaların yardımıyla çalışır. ATP denilen aküler de enerjinin ihtiyaç olduğu her yerde bulunan moleküler makinelerdir. DNA bir bilgi depolama sistemi olarak çalışır; başka moleküler makinalara, protein moleküllerini yapan ribozomlara, sayısal komutlar gönderir. Ve bu protein molekülleri de, şimdi sözünü ettiğimiz moleküler makinaların yapımına girişir.
Basit zerrelerin “akıllı” ve âdeta “canlı” özellikler sergilemesi elbette kendilerini tanzim ve idare edeni gösterir. Bu teknoloji, Dünyanın tüm bilgilerini bir küp şekere sığdırıp, bilgisayarların hızını binlere katlayabiliyor. Kendiliğinden çoğalan silahlar oluşturuyor, bedeninize “bulunmaz ve görülmez” casus olarak nüfus edebiliyor. Nanoteknoloji, yediklerimizden giydiklerimize, iletişimden ulaşıma, uzaydan okyanusun derinliklerine, ekonomiden sosyolojiye, refahtan savaşa kadar sınırsız bir alanda derin etkisini gösterme potansiyeline sahip. Tüm bunlar, nanoteknolojiyi değerli ve üstün kılıyor, onu öncelikli bir sanayi dalı haline getiriyor.
İmalat sanayiinde bugüne kadar hep büyük cisimleri kesip, biçerek küçük şeyler elde ettik. Elde ettiğimiz 1 gramlık bir üründen, 5 gramlık bir atık çıkardık. Böylece hem çevreyi kirletiyor, hem de ürünü pahalıya mal ediyoruz. Halbuki nanoteknolojide, atomları kontrol edip yerli yerine yerleştirebiliyorsunuz. Şu anda iki boyutlu kontrol sağlanabiliyor. Üç boyutlu kontrol mümkün olduğunda, küçük küçük atomlardan, büyük cisimlere ulaşabilecek. Tıpkı temel taşından başlayarak, tuğlaları üst üste koyarak bir binayı yapmak gibi. Bu sayede artık kesip biçmeden, atık madde çıkartmadan, her türlü malzemeyi yapabileceğiz.
Miyosin V Molekülü
Canlılarda “molekül makinaların” hareket ve çalışma prensiplerini öğrendiğimizde insan eliyle tasarlanacak “Nanoteknolojik makinaların” nasıl bir ufuk vaat ettiğini daha iyi hayal edebiliyoruz. Yakın zamanların bir buluşu dikkatimizi çekiyor. Moleküllerin nasıl insan gibi “akıllıca” hareket ettiklerini gösteren bir örnek Miyosin V molekülü ile ilgili. Olay sadece bu moleküllerin “akıllıca” hareket ediyor olması değil, bu moleküllerin kelimenin tam anlamıyla insan gibi yürüyor olmasıdır. Hiçbir şeyin boş ve amaçsız yaratılmadığı bu âlemde Miyosin V’ye, hücre içinde ilgili maddeleri ilgili yerlere götürme görevi yani “kargo taşımacılığı” vazifesi verilmiş. Bu moleküllerin yürüyüş şeklini Dr. Ahmet Yıldız keşfetti. Araştırmacı Ahmet Yıldız bu buluşuna, California Üniversitesi’nde doktora sonrası çalışmaları esnasında imza attı. Bu çalışması ile Dünyanın en prestijli bilim dergilerinden Science tarafından 2005’in en büyük genç bilim adamı ödülüne layık görüldü. 10 yıldan bu yana her yıl sadece bir bilim adamına sunulan ödül için on binlerce doktora öğrencisinin çalışmaları değerlendiriliyor.
Araştırmacı Ahmet Yıldız ve ekibi tarafından yürüme şekli yeni bir metodla ispatlanan Miyosin V, eski tahminlerin aksine emekleyerek ya da ayaklarını sürüyerek değil, aynı insan gibi ayaklarını kaldırarak adım atıyor.. Yani hem ayaklarını kaldırıp adım atması, hem de bu adımların aktin üzerinde düz yürümesini sağlayacak şekilde 37 nanometre aralıklarla olması, gerçekte cansız atomlardan ibaret bir molekülün Programcısı ve tasarımcısının varlığına açık bir delil olarak hayli dikkat çekici bulunuyor. Miyosin diğer hücre faaliyetlerinde olduğu gibi enerjisini ATP (adenozin trifosfat) isimli molekülden elde ediyor. Miyosin her bir ATP molekülü kullanımında bir adım ilerliyor. Bilim adamı bu buluşuna “tek molekül görüntüleme tekniği” ile Miyosin’in “ayağına” yerleştirilen boya moleküllerinin hareketini takip ederek ulaştı. Miyosin’in yürüyüşünü inceleyen bir teknik geliştirdi. Bilim adamlarını heyecanlandıran bu yeni metod ile hücre içinde görev alan diğer motor proteinlerin de hareketleri incelenecek ve belki daha nice harikuladeliklerden haberdar olacağız.
Miyosin ailesinden Miyosin V pek çok hayvan hücresinde bulunur. Miyosin ailesi kimyasal enerjiyi, mekanik harekete çevirebilen minik protein motorlardır. Molekülleri bir yerden bir yere taşıma işlevi yapan Miyosin V, yapı itibariyle insana o kadar benziyor ki bir baş, gövde ve iki ayaktan oluşan yapısı ile sanki hücreler içerisinde yaşayan minik insancıklar!.. Miyosin aynı Afrikalı bayanların yaptığı gibi başı üzerinde yük (molekül) taşımakta, iki ayağıyla da ‘aktin’ denilen proteinden yol üzerinde aynı insan gibi adım atarak ilerler. Bu hareketleri ile hücre içinde nakliyecilik yaparlar. Aktin’in sarmal şekilde, aynı telefon kordonu gibi bir eksen etrafında hat boyunca kıvrılan bir yapısı vardır. Eğer miyosin adımlarını eşit aralıklarla çok hassas bir ölçüyle atmazsa düz ilerlemek yerine sarmal etrafında dönerek ilerleyecektir. Ama cansız atomlardan ibaret olan miyosin proteini sanki durumdan haberdar imişçesine yaklaşık 37 nanometrelik hassas adımlarla sarmal etrafında dönerek değil, düz bir şekilde yürüyerek yükünü istenen yere ulaştırır.
Benzer makinaları insan eliyle yaptığımızı düşünün! İnsan vücudunun bozulan yerlerinin tamirinde ya da hastalıkların tedavisinde ve daha başka alanlarda nanoteknolojide yeni ufuklar çıkıyor karşımıza.