ACS Nano Letters’ın 22 Eylül 2009 tarihinde yayınlanan sayısındaki bir makalede Mariya Khodakovskaya ve Alexandru Biris, karbon nanotüplerin bitkilere olan etkisi incelenmiş.

Daha önceleri genelde karbon nanotüplerin dışarıdan bitkilerin içerisine nüfuz edip etmediği ve böylece taşıma sistemi olarak kullanılıp kullanılamayacağı araştırılmış fakat araştırma grubu “nanotarımın” (nanoteknolojinin tarıma uygulanması) yaygınlaşması için nanomalzemelerin bitkilerin filizlenmesine olan etkisinin etraflıca incelenmesi gerektiğini düşündüğü için böyle bir çalışmaya imza atmış.

Araştırmada domates tohumları sırası ile 0, 10, 20, 40 μg/mL’lik nanotüp içeren ortamlarda büyütülmüş. Nanotüplü ortamlarda tohumlar daha hızlı ve daha yüksek oranda filizlenmiş. Nanotüpsüz tohumların %32′si 12 günde, 71%’i 20 günde; nanotüplü tohumların 74-82%’i 12 günde, %90′ı da 20 günde filizlenmiş.

Araştırmacılar bu sefer nanotüplerin bitkinin filizlendikten sonraki büyümesindeki etkisini araştırmak istemişler. Aynı şekilde 0, 10, 20, 40 μg/mL’lik nanotüp içeren ortamlara konulan bitkilerin büyümesi beklenmiş. Sonuç olarak nanotüplü ortamda büyütülen bitkilerin biyokütlesinde 2.5 katlık bir artış olduğu gözlemlenmiş. Biyokütledeki bu artışın çoğunlukla su olduğu ortaya çıkmış. Buradan varılan sonuç, nanotüplerin su emilimini tetiklediği. Nanomalzemelerin beklenmedik değişimlere sebep olduğunu bir kez daha görüyoruz.

Çalışmanın eksikleri neler peki? Nanotüplerin su emilimini tetikleme olayının moleküler temelleri ortaya çıkarılamamış. Bir de nanotüplerin bitkiyi biyolojik olarak nasıl etkilediği de tam bilinmiyor. Nanotüple yetiştirilen bu bitkilerin çevreyi, hayvanları ve insanları nasıl etkilediği incelenmesi lazım.

Nanotarımı da araştırmak lazım. Genetiği değiştirilmiş tohumlardan sonra nanomalzemelerle terbiye edilmiş gıdalar piyasaya sürülecek gibi. Orijinal makalede bitki-nanomalzeme ilişkisi ile ilgili birçok makalenin adına ulaşabilirsiniz. İyi okumalar.

Kaynak: 1 , 2

Günümüzde nanoteknoloji araştırmalarının büyük bir çoğunluğunu oluşturan karbon nanotüpleri ayrıştırmak için DNA da kullanılabiliyor.

Her zaman bahsettiğimiz inanılmaz özelliklere sahip karbon nanotüpler dünyada birçok araştırmacı tarafından elektronikte, tıpta, enerji elde etmede, uzay asansörü inşasında vs. uygulamaya geçirilmeye çalışılıyor. Fakat bu konudaki en önemli engel, istediğiniz özellikte karbon nanotüpün seri üretilmesi. Günümüzde kullanılan makul maliyete sahip üretim yöntemleri sonucunda elinize birçok farklı karbon nanotüp geçiyor. Bu karbon nanotüp yığınından istediklerinizi hızlıca seçebilmeniz önemli hale geliyor. Bu seçme işlemini hızlı yapmanız da pek bir şey değiştirmiyor aslında, elinizde gerektiğinden daha az karbon nanotüp ve bir sürü de gereksiz karbon nanotüp oluyor. Neyse, şimdilik ayrıştırma aşamasını halletmeye çalışıyor bilim adamları.

2003 yılında MIT; DuPont ve University of Illinois at Urbana-Champaign üniversitesinden araştımacılar tek DNA ipliği ve anyon-değişim kromatografisi ile metalik karbon nanotüplerle yarı iletken karbon nanotüpleri ayrıştırma metodu geliştirmişler.

Geçtiğimiz günlerde araştırmacılar kendi yöntemlerini iyileştirdiklerini Nature dergisinin 9 Temmuz 2009 sayısında duyurdular. 20 DNA dizini kullanarak farklı çeşitte karbon nanotüpü birbirinden ayırabiliyorlar. Araştırmacılar süreç sayesinde yarı iletken araştırmalarında kullanılan 12 ana karbon nanotüpünü araştırma yapacak miktarda ayrıştırabildiklerini söylüyor.

Peki DNA karbon nanotüp çeşitlerini nasıl ayırt ediyor? DuPont-Lehigh araştırmacıları bunu DNA’nın bilindik şekli olan çift sarmal yapısı dışında bir yapı sayesinde elde ettiğini düşünüyor. DNA’nın çift sarmal yapılı hali alfa burgusu olarak adlandırılıyor. Fakat araştırmacılara göre DNA beta-barrel yapısına bürünüyor ve böylece moleküllerin birbirini tanıdığı gibi nanotüpleri de tanımış oluyor. Beta-barrel hücre zarında çokça bulunan bir protein çeşidi. Araştırmacıların ellerinde somut bir kanıt yok, sadece gözlemlerine göre tahminde bulunmuşlar.

Makaleye şuradan ulaşabilirsiniz. (Abonelik gerektiriyor, üniversite kampüsünde iseniz ulaşabilirsiniz.)

Araştırmacılar DNA’nın karbon nanotüpü bu şekilde sardığını düşünüyor.

Yukarıdaki modele yandan bakılınca.

Kaynak: 1

Resimler Tu, Manohar, Jahota, Zheng’in “DNA sequence motifs for structure-specific recognition and separation of carbon nanotubes” makalesinden alınmıştır. doi:10.1038/nature08116

Bugün ilk defa UNAM’ın perşembe günü seminerlerine katıldım. Bu haftaki konuşmacı bu sene Tübitak’ta çalışmaya başlayan Hatice Şengül’dü. Çevre Mühendisi olan Hatice Şengül nanoparçacıkların çevreye olan etkisini ve nanoteknolojinin çevreyi korumada nasıl kullanılabileceğini araştırıyor. Seminerin özeti şöyle.

Sürdürülebilirlik çalışmalarında Türkiye’de 146 devlet arasında 91. sırada imiş. (İlgili rapor için tıklayın. (PDF)) Bu konuda çalışmaların artırılması gerekiyor. Çevre İçin Tasarım prensibinin ve disiplinlerarası araştırmaların yaygınlaşması lâzım.

Çeşitli nanomalzemeler çevreye yayılmış kirletici maddeleri arındırmak için kullanılıyor. Suyu arsenikten arındırma, organik bileşenleri yok etme gibi. Bu açıdan nanoteknoloji çevre için yararlı. Öte yandan nanomalzemelerin çevreye veya insan sağlığına olan zararı olduğu yönünde yayınlar var. Bazı nanomalzemelerden kaynaklanabilecek riskin doğru yönetilip yönetilemeyeceği henüz bilinmiyor. (Bu konuda daha önce Andrew Maynard’ın yazdığı yazıyı okumanız faydalı olabilir.)

Türkiye’de kullanılan nanomalzemelerin bir envanterinin çıkarılması gerekiyor. Gerekli yasal düzenlemeler yapılıp, nanomalzeme kullanan ürünlerin üstünde bir etiket olması gerekiyor.

Hatice Şengül daha sonra ABD’de iken yaptığı projelerden bahsetti:

1 - Nanoüretim tekniklerinin verimliliğini artırma. Nanoüretim tekniklerinde çevreye en az zarar veren üretim yöntemleri geliştirme. Bu çalışma Reuters da dahil olmak üzere yirminin üzerinde haber kaynağında yayınlanmış.

Bir nanomalzemenin üretim akışını ortaya çıkarınca, şu problemlerin olduğu ortaya çıkmış:

• Kullanılan malzemelerin yüksek derecede saf olması gerekiyor. Malzeme üretim bölgesinin de parçacıklardan arındırılması gerekiyor. Bunlar için geleneksel üretim tekniklerine göre daha fazla enerji harcanıyor.

• Vakumlama için enerji harcanıyor, bu da atmosfere daha fazla sera gazı salınımına neden oluyor.

• Yüksek miktarda su kullanılıyor

• Malzeme kullanma verimliliği, özellikle biriktirme yöntemlerinde. (Mesela CdSe kuantum nokta üretiminde verimlilik %60-80 imiş)

• Asidik, bazik veya zehirli madde kullanılıyor, özellikle yarı iletken madde biriktirmesinde, kimyasal aşındırma, litografya ve temizleme tekniklerinde.

• 1 boyutlu nanomalzemeler birden fazla kata sahip olduğu için işlemlerin tekrar tekrar gerçekleştirliyor. 2 ve 3 boyutlu malzemeler içinse yalıtım ve saflaştırma işlemleri tekrarlanıyor. İşlemlerin çevresel etkileri de dolayısıyla katlanıyor.

• Ağır metal ve/veya yenilenmeyen metallerin kullanılması

2 - CdSe – kadmiyum selenit – kuantum noktacıklarla üretilen fotovoltaik panellerin diğer enerji kaynaklarına göre karşılaştırılması:

• Kuantum noktacıklarle üretilen fotovoltaik panellerin, CdTe hariç, bütün diğer panellerden daha kısa bir enerji geri dönüş süresine sahip olduğu ortaya çıkmış. Sera gazları, SOx, NOx gibi gazlar daha az ortaya çıkıyor ama daha yüksek miktarda ağır metal salımı var.

• Enerji geri dönüş süresi diğer yenilenebilir enerji kaynakları olan rüzgar ve hidroelektrikten daha uzun.

• En düşük ağır metal emisyonuna sahip.

3 – CdSe – kadmiyum selenit – kuantum noktacık kullanarak LED üretimi ve çevresel etkilerinin hesaplanması
Projede ABD’de gelecek 10 yılda kullanılacak kuantum noktacıkla üretilen LED sayısını tahmin etmişler. Sonuç olarak sadece 160 kilogram kadmiyum kullanılacağı ortaya çıkmış. Bunun sayesinde daha az civa tüketilecek (ton dolaylarında), enerjiden tasarruf edilecek, civa salımı da civa tüketimi ile beraber azalacak. Civa üretimi için gereken enerji kullanımı önlenecek, böylece enerji üretiminden doğan sera gazı, SOx, NOx, ve civa salımı azalacak.

Hatice Şengül benzer çalışmaları Türkiye’de de yapacağını söyledi. Kendisine başarılar diliyoruz.

Haftaya olan semineri de şimdiden heyecanla bekliyorum.

Not: Yazıdaki hataları bana e-posta ile bildiren Dr. Hatice Şengül’e teşekkür ederim.

UT Dallas Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute yapay kas çalışmalarındaki son gelişmeleri Science dergisinin 20 Mart sayısında anlattılar. Enstitü geçen sene de Nisan ayında aynı konu ile ilgili yayın yapmıştı.

Enstitü tamamen yeni çeşit yapay kas yapmış. Kas -196°C ile 1538°C arasında çalışabiliyor. Bu kadar geniş bir sıcaklık aralığında çalışan yapay kas daha önce üretilmemiş.

Doğal kaslardan 10 kat daha elastik ve 1000 kat daha hızlı olan yapay kaslar, saniyede 30.000 kere, normal kaslar saniyede 20 kere kasılabiliyor. Üniversitesin basın bülteninde “normal kas” olarak neyi kastettikleri belirtilmemiş, o yüzden istatistiklerden biraz havada kalıyor.

_{Solda 5 cm uzunluğunda 2 mm kalınlığındaki nanotüp plakasının normal hali. Sağda ise aynı plakanın 5 kV voltaj uygulandıktan sonra esnemiş hali.}

Yapay kaslar karbon nanotüp aerojel plakalardan yapılıyor. Aerojeller dünyadaki en hafif malzemelerden. Ön bilgi için Vikipedi makalesini okuyabilirsiniz. Birçok karbon nanotüp yanyana diklemesine diziliyor ve “nanotüp ormanı” oluşturuluyor. Bu plakalara, ya da nanotüp ormanına, elektrik verildiği zaman, nanotüpler birbirini itiyor, böylece yapay bir kas kasılmış.

Karbon nanotüplerin mekanik özelliğinden dolayı, plakaların diklemesine çekilip asılmanın etkisi 15 kat daha fazla hissediliyor.

Bu teknolojiyi kullanan ilk uygulamaların nanotüp plakaların şeklini değiştirme özelliğini kullanması düşünülüyor. Yıllardır söylendiği gibi, haberde nanotüplerin güneş pillerinde ve uzay araçlarında yer alacağı söylenmiş. Tabi, bunların hepsi – bizim bilebildiğimiz kadarı – ile daha gelişme aşamasında.

Not: Bu yazıyı dün (Pazartesi) yazmaya başlamıştım, derse gittiğim için yarım kaldı. Haberi dün ilk Yahoyt daha sonra BilgiUstam yayınladı. Belirteyim dedim.

31 Mart 2009 eklemesi: Yazıyı 22 Mart’ta Kuark Teknoloji de ele almış.

Kaynak: 1, 2

Beyin, vücudumuzun esrarengiz organlarından biri. Teknoloji geliştikçe beynin yapısını ve işleyişini daha yakından öğrenme şansımız oluyor. Beynin yapısını anlamanın yanında, beyinden bazı hasarların nasıl tamir edilebileceği üzerine çalışmalar devam ediyor. Nanoteknoloji de bu alanda etkili olmaya başladı. Bu yazıda, bu konudaki birkaç gelişmeden söz edeceğim.

Sinir mühendisliği mühendislik teknikleri ile merkezi ve çevresel sinir sisteminin fonksiyonlarını araştırıp, bu fonksiyonların benzerlerini yerine getiren sistemler üretmeye çalışan bir bilim dalı. Sinirbilim, nöroloji, elektronik mühendisliği, sinyal işleme, robotik, bilgisayar mühendisliği, doku mühendisliği, malzeme bilimi ve nanoteknoloji ile iç içe olan bir bilim dalı.

Sinir sisteminin zarar görmüş kısımlarını düzeltmek için sinir sistemini taklit edip, faaliyetlerini kaydeden protezler lâzım. Bunu yapmak için sinir mühendisleri önce hücreler arasındaki iletişimi çözüyorlar, daha sonra da bu sistemleri taklit eden mekanizmalar üretiyorlar.

Bu konuda şimdilik karbon nanotüpler çok fazla kullanılıyor. İtalya’dan Dr. Maurizio Prato ve Dr. Laura Ballerini karbon nanotüplerin üzerinde nöron geliştirmeyi başarmış. Böylece karbon nanotüplere elektrik verilip, sinir hücreleri uyarılabiliyor. İki araştırmacı ayrıca Neuronano adlı projede de görev alıyorlar. Neuronano’nun amacı karbon nanotüpleri multi elektrot dizin teknolojisi ile birleştirip, yeni nesil bioçipler üretmek. Karbon nanotüplerin ayrıca klinik uygulamalarda kullanılan metal elektrotların yerini alması da düşünülüyor.

_{Karbon nanotüp üzerinde gelişen sinir hücreleri}

Tabi bu vaadedilen gelişmelerin olması için sinir hücrelerini hangi durum için nasıl uyarmamız gerektiğini, elektromekanik aygıtlarla sinir hücrelerini kalıcı bir şekilde birleşitirmeyi daha iyi öğrenmemiz lâzım.

Günümüzdeki sinir protezlerinin bir sorunu da vücut içine yerleştirildikten birkaç ay sonra düzgün çalışmamaları. Michigan Üniversitesi’nden Mohammad Reza Abidian ve Mohammad Reza Abidian protezleri bir bionanomalzeme ile kaplayıp, bu problemi çözmeyi denemişler.

Kaplama üç kısımdan oluşuyor: bir polimer olan PEDOT, jel gibi bir tampo bölge (aljinat hidrojel) ve kontrollü olarak iltihabı önleyici ilaç salan biyollojik olarak bozunabilen bir polimer. PEDOT elektrotların daha az dirençle çalışmasını sağlayarak, nöronlarla iletişimi kolaylaştırıyor. İlaç salabilen fiberler de protezlerin vücut tarafından yok edilmesini önlüyor. Alglerden yapılan tampon bölge de, elektrotların mekanik olarak beyin dokusuna benzemesini sağlıyor.

Çalışmayı anlatan makele Advanced Functional Materials dergisinin 29 Ocak 2009 sayısında yayınlanmış.

Kaynak: 1 , 2 , 3