Nanoteknoloji Nedir? Nerede Kullanılır?

Nanoteknoloji günlük hayatımızda yer almaya başlayan yeni bir kavramdır. Teknoloji ile ilgili yayınlarda, makalelerde ve pek çok farklı kaynakta bu kavrama yer verilmektedir. Bilim insanları bu kavrama aşina olsa da diğer insanların bu teknoloji ile tanışmaları günlük hayatlarına etki eden makinelerde ve ilaçlarda kullanılmasıyla olmaktadır. Nanoteknoloji hemen hemen tüm teknoloji dallarında faaliyet göstermektedir. Bu çalışmalar sonucunda ortaya çıkan ürünler insan hayatını kolaylaştırmaktadır. Bazı fizikçiler bu teknoloji ile geleceğin dünyasının inşa edilebileceğini düşünürken bazı fizikçiler ise bunun geleceğin değil günümüzün teknolojisi olduğunu düşünmektedir. Çünkü onlara göre nanoteknoloji alanında şimdiye kadar ortaya çıkan gelişmeler zaten dünyanın kaderini değiştirmektedir.

Nanoteknoloji kavramının bir bilim dalı olup olmadığı tartışma konusu olmaktadır. Bu teknolojinin bir dilim dalı olup olmadığına ilişkin kesin bir cevap vermek mümkün değildir. Çünkü bilim insanları bu yeni teknolojinin nasıl gelişim göstereceği ve hangi sahalara evirileceği hakkında kesin bir öngörüye sahip değiller. Ancak bu teknolojinin ulaştığı güncel seviye üzerinden değerlendirmeler yapılabilmektedir. Nanoteknolojinin bir bilim dalı olduğu kesin olarak söylenemese de önemli bir alan olduğu söylenebilir.

Nanoteknoloji, metrenin milyarda biri kadar küçük boyuta sahip malzemelerle çalışılan bir alandır. Atom ve moleküllerin nano boyutlardaki en küçük birimleri üzerinde çalışarak maddeleri atomik düzeyde kontrol edebilmek amaçlanmaktadır. Atomları birbirlerine ekleyerek veya mevcut moleküler yapıyı değiştirerek yeni maddeler elde etme çalışmalarını içermektedir. Bu çalışmalar sonucunda pek çok alanda sınırlar ortadan kaldırılarak farklı buluşlar ortaya çıkarılabilir. Uzmanlar özgün, yenilikçi ve maddenin kendi özünden gelen en iyi özellikleri sunan yeni maddeleri oluşturmayı hedeflemektedir.

Nanoteknoloji Kullanım Alanları

Nanoteknolojinin kullanımı ile birlikte pek çok alanda yeni gelişmeler ortaya çıkmıştır. Sağlık, bilişim teknolojileri, savunma sanayisi gibi alanlarda çalışmalar devam etmektedir.

Nanoelektronik Bilgisayar Teknolojileri: Bilgisayarlarda kullanılan devrelerin nano ölçekli elektronik çalışmalar ile üretilmesi, bilgisayar tasarımları ve kullanımı açısından gelişmeler yaratmaktadır. Bilgisayarların donanım ürünlerinin daha ince, daha küçük ve hafif bir şekilde üretilebilmesine olanak sağlamaktadır. Depolama birimlerinde nano ölçekte veriler saklamak mümkün hale gelmektedir.

Havacılık ve Uzay Çalışmaları: Uzay çalışmalarının sürdürülmesi için geliştirilen uzay araçlarının o ortamdaki koşullara dayanabilecek malzemelerden üretilmesi gereklidir. Bunun için nanoteknoloji ile üretilen maddeler kullanılmaktadır. Yüksek ısı seviyelerine dayanabilen nano malzeme ile kaplama yapılması ve nano ölçekli aygıtların kullanılması gereklidir.

Tıp ve Sağlık Çalışmaları: Bu alandaki gelişmeler için nano ölçekli çalışmalar çok önemlidir. Protein, karbonhidrat, nükleik asit gibi yapı taşlarının incelenebilmesi için bu teknoloji kullanılmaktadır. Genetik çalışmaları yürütmek, genetik yapıyı incelemek ve bu çalışmaları hastalıkların tedavileri için kullanmak nano ölçekli aygıtların kullanılması ile mümkün olmaktadır.

Savunma Sanayi: Bu alanda nanoteknoloji kullanımı öncelikli olarak askeri giyim malzemeleri daha sonra haberleşme ve algılama sistemleri üzerinde olmaktadır. Askerlerin giydiği kamuflajlar, çelik yelekler, kasklar ve benzeri eşyalar nanotüp katkılı olarak, çelikten 10 kat daha güçlü olacak şekilde üretilebilmektedir. Aynı zamanda hafiflik sağlayarak askerlere kolay hareket imkânı vermektedir.

Nanoteknoloji Ürünleri

Yakın geçmişte ve günümüzde yapılan çalışmalar nanoteknoloji ile üretilen ürünlerin sayısını ve çeşitliliğini arttırmaktadır. Öyle ki bu ürünler artık marketlerde satılarak günlük hayatımızın bir parçası haline geldiler. Bu teknoloji ile malzemelerin temel yapılarında değişiklikler yapılmakta ve maddeler atomik ve moleküler düzeyde kontrol edilerek yeni malzemeler oluşturulmaktadır. Bu yeni malzemeler ise yeni ürünlerin üretilmesinde kullanılarak günlük hayatımızda değişikliklere neden olmaktadır. Daha düşük maliyetle, uzun süreler kullanılabilen ürünler üretilmektedir.

Nanoteknoloji ürünlerinin 3. neslinin görüldüğü bir dönemde olduğumuz söylenmektedir. 2020 yılı içerisinde 4. nesil ürünlerin çıkmaya başlayacağı tahmin edilmektedir. Bu teknoloji kullanılarak üretilen bazı ürünlere örnek vermek gerekirse şu ürünler söylenebilir:

• Güneş Kremleri: Bu ürünlerin en önemli özelliği bir kez kullanıldığında gün boyunca vücudu koruyabilmesidir. Vücudu güneşin zararlı etkilerinden bu kadar uzun süre koruyabilmesinin nedeni, boyutu 100 nanometreden küçük metal oksitlerin kullanılabilmesidir. Bu maddeler cildin ölü tabakasının altına girerek uzun süreli koruma sağlamaktadır. 24 saatlik döngü sonrasında ise bu maddeler cildi terk etmektedir. Çalışmalar sürdürülerek 35 nanometreden daha küçük titanyum dioksit üretilmek istenmektedir. Böylece kana karışma riski olmayan daha güvenli bir güneş kremi üretilmeye çalışılmaktadır.

• Kendini Temizleyebilen Cam: Nano parçacıklar kullanılarak foto katalitik etkiye sahip cam üretilebilmektedir. Ultraviyole radyasyon bu cama vurduğunda nano parçacıklara gelen enerji bozulmaya başlar ve cam üzerindeki organik molekülleri çözer. Hidrofili etkisi oluşturarak cama temas eden suyun dengeli bir şekilde yayılarak camı temizlemesine neden olur.

• Antibakteriyel Bandaj: Bu ürün gümüş nano parçacıkların kullanılması ile üretilmektedir. Kullanılan gümüş iyonlar mikrop hücrelerinin solunum yapmasını engelleyerek bakterileri ortadan kaldırır. Bu sayede zararlı hücrelerden arındırılmış, enfeksiyon riski taşımayan, güvenli bir bandaj elde edilmiş olur.

• Deterjanlar ve Dezenfektanlar: Nano ölçekli sıvı yağ damlasının bakterileri yok eden bakterisit maddesi ile karıştırılması ile üretilir. Yağ damlacıkları bakterilere bağlanarak bakterisit maddesinin etkisini arttırmaktadır. Böylece daha iyi bir dezenfektan etkisi elde edilmektedir.

• Nanorobotlar: Nanometre boyutlarında üretilebilen nanorobotlar, DNA moleküllerinden daha küçük boyutludur ve DNA hücrelerinin içerisine girebilmektedir. Hücresel düzeydeki bozuklukların neden olduğu sorunların tedavi edilebilmesi için kullanılmaktadır. Gelecekte bu robotların şırınga ile taşıdıkları sıvıyı hücrelere aktarması hedeflenmektedir. Bu amaç gerçekleştirildiğinde ilaçların sağlıklı hücreler üzerindeki kötü etkileri engellenerek yan etkilerin azaltılabilmesi mümkün olacaktır.

Nanoteknoloji Geçmişi ve Gelişimi

Doğadaki örneklerine bakıldığında nanoteknolojinin hayatın kendisi kadar eski olduğu görülmektedir. Ancak bu alandaki gelişmeler nispeten çok daha yenidir. Fizik alanında çalışmaları olan Amerikalı bilim insanı Richard Feynman nanoteknolojinin atası olarak kabul edilmektedir. 1959 yılında bir toplantı sonrası gerçekleştirilen yemekte yaptığı konuşmasında, küçük bir dünyanın var olduğu ve bu dünyadaki küçük araçlar ile atomların yeniden düzenlenebileceği fikrini ilk kez ifade etmiştir. 1974 yılında mühendislik profesörü Norio Taniguchi bu alana nanoteknoloji ismini vermiştir.

1980’li yıllara gelindiğinde bu alanda önemli gelişmeler olmuştur. Bu gelişmeler, alana öncülük eden Dr. Eric Drexler’ın “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology” isimli kitabı ile hızlanmıştır. Aynı dönemde nano ölçekli moleküller üzerinde değişiklik yapma imkânı veren mikroskoplar üretilmiştir. 1991 yılında Japon bilim insanı Sumio Lijima, yumuşak bir karbon formu olan nanotüp keşfini yaparak mühendislik alanında yeni bir gelişme sağladı. 1998 yılında Amerikalı bilim insanları karbon nanotüp kullanarak yeni bir kalem geliştirdiler. Bu kalem sayesinde, mikroskop altında sadece 10 nanometre boyutunda yazı yazmayı başardılar.

Bu gelişmelerle birlikte nanoteknoloji politik tarafların da ilgisini çekmeyi başarmıştır. 2000 yılında ABD’nin o dönemki başkanı Bill Clinton, Ulusal Nanoteknoloji Girişimi adında bir programı başlattı. Bu program ile birlikte benzersiz buluşlara temel oluşturacak araştırmaların yapılması ve alana ilgi çekmek amaçlandı. Her yıl ABD hükümetleri tarafından bu programa yıllık bir milyar dolar yatırım yapıldı. 2016 yılında Sir Fraser Stoddart, J. Pierre Sauvage ve Bernard Feringa, ortak bir çalışmayla kimya alanında Nobel Ödülü kazandılar. Bu çalışma, nanoteknoloji alanında moleküllerin makinelere dönüştürülebilmesi için yaptıkları önemli bir çalışmaydı. Bu ödül ile birlikte bu alanda dikkatler tamamen çekilmiş oldu. Günümüzde de çalışmalar devam etmekte ve geleceğin şekillendirilebilmesi için etkili sonuçlar alınmaktadır.