Nanoteknoloji Nedir?

Nano, Yunanca "Nannos" kelimesinden gelir ve cüce demektir. Bir birimin önüne nano kelimesi gelirse, o birimin milyarda biri ifade edilmiş olur. Ancak nano boyutlarda yapılan her çalışma nanoteknoloji kapsamına girmez. Malzemenin boyutu nanometre boyutlarına inince, kuantum davranışlar klasik davranışların yerini alır. İste nanoteknoloji de bu özellikten yararlanır. Örneğin, karbon atomlarından oluşan elmas kristali iyi bir yalıtkan olduğu halde, bir boyutlu karbon atom zinciri altın ve gümüş zincirlerinden bile daha iyi bir iletken olabilmektedir. Nanoteknoloji ya yeni nanoyapılar tasarlayıp sentezlemeyi ya da nanoyapılara yeni olağanüstü özellikler kazandırmayı ve bu özellikleri yeni işlevlerde kullanmayı amaçlar. Bu olağanüstü özellikler sayesinde nanoteknoloji ile üretilen malzemeler daha dayanıklı, daha hafif ve daha hassas olabiliyor. 

Nanoteknolojinin Tarihi ve Gelişimi

  Nanoteknoloji kavramını ilk defa dile getiren Amerika Birleşik Devletleri’nden Eric Drexler'dir. Nanoteknoloji üzerine yoğunlaşan Foresight Enstitüsü'nün kurucusu olan Drexler, MIT laboratuarındaki çalışmaları sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler yapılabileceğini önermiştir. Böylece, nanoteknoloji kavramı ortaya çıkmıştır. Nanoteknoloji vizyonunun ortaya çıkısını, 1959 yılında fizikçi Richard Feynman’ın malzeme ve cihazların moleküler boyutlarda üretilmesi ile başarılabilecekler üzerine yapmış olduğu “There's Plenty of Room at the Bottom” başlıklı ünlü konuşmasına kadar dayandırabiliriz. Nanoteknolojinin önemini “2000'li yıllarda insanlar geriye dönüp baktıklarında neden 1960'lara kadar bu konu ile ilgili ciddi çalışmaların başlamadığını merak edecekler” sözleriyle açıklayan Feynman, minyatürize edilmiş enstrümanlar ile nanoyapıların ölçülebileceği ve yeni amaçlar doğrultusunda kullanılabileceğinin altını çizmiştir. Feynman’ın başlattığı bu akım, günümüze kadar müthiş bir hız ve bilgi birikimi ile devam etmiştir. Bu gelişmeleri 2000 yılında Amerikan Ulusal Nanoteknoloji Gurubu kurulmuş ve nanoteknolojiye verilen maddi destek 2005 yılında milyar dolara yaklaşmıştır. 2000 yılında Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüleri Biyomühendislik Konsorsiyumu “Nanobilim ve Nanoteknoloji: Biyomedikal araştırmaların şekillendirilmesi” başlığı ile yapılmıştır. Bu konsorsiyumun en önemli faydası nanoteknolojinin tıp ve biyolojideki kullanım alanlarının daha iyi anlaşılması olmuştur. Nanoteknoloji; savunma, ulaşım, cevre, iletişim, kimyasallar, tüketici ürünleri alanlarında ve en fazla olarak da biyomedikal ve tıp alanında kullanılmaktadır. Biyomedikal ve tıp alanlarında kullanılan nanobiyoteknoloji ise, yapıtaşları olarak biyolojik malzemeleri kullanan, nanoteknolojinin bir alt dalıdır.

 

sponsor bağlantı

     

Nanobiyoteknolojinin İlaç Salınımına Etkisi

   Şu an kullanılan ilaçların çoğu hedef hücrelerine ulaşma esnasında hidrofob alanlardan ve enzim yıkımından korunamadığı için etkilerini istenilen şekilde gösterememektedir. Ayrıca ilaçların istenilen süre etki gösterememesi ve hedef doku haricinde de etkisini tüm vücutta göstermesi istenmeyen olaylar olarak karsımıza çıkmakta. Bir diğer problem ise; verilen ilaçların vücuttaki bariyerleri aşıp hedef alana ulaşamaması(Parkinson hastalığı tedavisinde ihtiyaç duyulan dopaminin kan beyin bariyerini geçememesi. Bu nedenle kan-beyin bariyerini geçebilen   L-DOPA kullanılır). Ortaya çıkan bu sorunların çözümünde nanoteknoloji bir takım çözümler sunuyor. Nanoboyutlarda üretilen taşıyıcılar, kan-beyin bariyeri, solunum sistemindeki bronşiyoller ve derideki sıkı bağlantılar gibi çeşitli anatomik ve biyolojik bariyerleri geçebilir ve ilaçların istenilen hedef dokuya ulaştırılmasını sağlar. Nanotaşıyıcılar vücuttaki dar alanlarda daha iyi dağılırlar ve düşük çözünürlüklü ilaçların çözünürlüğünü arttırabilirler. Nanoboyutta üretilen araçların olağanüstü özellikler göstermesinden yararlanılarak ilaçların fonksiyonu arttırılıp yeni özellikler kazandırılabilir. İlaç toksisitesini azaltabilir ve daha verimli ilaç dağılımını sağlayabilir. Küçük moleküller, proteinler, peptitler ve nükleik asitlerin hedef doku tiplerine bağlanması için modifiye edilebilir. Bunların yüzey özellikleri immün sistem tarafından tanınmaları için modifiye edilebilirler.Tüm bu işlemlerle ilacın sadece hasta bölgeye etki etmesi, tek uygulamada ilacın kanda uzun sure etkin bir şekilde kalması, ilacın belirli bir hızda ve gerekli miktarda salınması sağlanmış olur.Ancak ilaçların salınımında kullanılan bu nanotaşıyıcılar bir takım problemlere yol açabilir. Nanotaşıyıcıları elde etmek ve depolamak zordur. Düşük potansiyelli ilaçlar için uygun değildirler. Bazı durumlarda istenmeyen bölgelere ulaşarak zarara neden olabilirler. Hücrenin nükleer zarfını geçerek genetik hasara ve mutasyonlara yol açabilirler.

Nanobiyoteknolojinin Kanser Araştırmalarında Kullanımı

   Kanser hücrelerinin sağlıklı hücrelere zarar vermeden öldürülmesi üzerine çok yeni ve farklı metotlar üstünde ve sadece dünyada birkaç laboratuvarda sürdürülen çok ileri düzeyde araştırmalar sürdürülmektedir. Örneğin, bakteri DNA’sının bizim DNA’mızdan yapısal farklılıklar gösterdiğinin keşfiyle DNA moleküllerinin bağışıklık sistemi üzerine olan uyarıcı etkisinden yararlanarak yeni DNA kökenli ilaçlar tasarlanmaktadır. bu ilaçları yeni jenerasyon aşı geliştirmekten, antikanser ve anti allerjik uygulamalara ve aşısı olmayan hastalıklardan immün koruyucu ajan olarak kullanmaya kadar geniş bir yelpazedeki araştırmalar başlamıştır.

   Sadece kanserli dokulara veya civarına kontrollü bir şekilde DNA’yı ve istendiğinde de kemoterapi ajanını da birlikte salabilen nanokeseciklerle antikanser terapileri geliştirilmekte ve bunların deney hayvanlarındaki etkinlikleri tayin edilmektedir. Bu terapi yöntemi ile, insanda baş ve boyun da oluşan ve çok hızlı bir şekilde ilerleyebilen bu kütle kanseri modeli farelerde %90’ın üzerinde bir başarıyla ortadan kaldırılabilmektedir.

Nanobiyoteknolojinin Tıbbi Görüntülemede Kullanımı

   Tıbbi görüntüleme konusunda, yüksek flüoresans yayan farklı moleküler boyutlardaki yarı iletken nanokristaller olan Quantum Dot'lar kullanılır. Quantum Dot'lar, proton ve nötron içermeyen taklit atomlardır. Quantum Dot'lara elektron eklenerek ya da çıkartılarak bant aralığı değiştirilebilir. Bant aralığı, Quantum Dot'ların hangi frekansta cevap vereceğini belirler. Quantum Dot'lar morötesi ısınlarla aydınlatıldığında, boyutlarına bağlı olarak farklı renklerde ışıma yaparlar. Örneğin 2.4 nanometre çapındaki QD kırmızı renkte ışıma yaparken, 0.9 nm çapındaki QD mavi renkte ışıma yapar. Quantum Dot'ları oluşturmanın belli başlı üç yöntemi vardır: Epitaksi, litografi ve kolloidal sentez.[7] Bu üç yöntem içerisinde en kullanışlı olanı kolloidal sentez yöntemidir. Bu yöntemde, laboratuvar koşullarında bir çözelti içinde belirli maddeler reaksiyona sokulur. Bu reaksiyonlar sonucu Quantum Dot'lar elde edilir.

[Reaksiyon: Cd(CH3)2 + (C8H17)3PSe CdSe]

   Bu yöntemin bir avantajı da Quantum Dot'ların büyüklükleri ayarlanarak özellikleri değiştirilebilir. Radyoaktif olarak işaretlenmiş immünositokimyasal problar kullanılarak dokulardaki antijenler tespit edilmektedir.

KAYNAKLAR

1) Prof. Dr. ÇIRACI, S. , Prof. Dr. SÜZER Ş. Türkiye’de Nanoteknoloji. TUBİTAK Bilim ve Teknik-Yeni Ufuklara, Aralık 2006

2) GHEBER, L.A. SPM tools for NanoBiotechnology. Ben-Gurion University of the Negev

3) Op. Dr. SİLAV, G. Nanoteknoloji Ve Nöroşirürji. Türk Nöroşirürji Derneği Bülteni

4) HEWİTT, E. NUNES, A. Gunther, C. Quantum Dot’s

5) ODUNCU, S. Kuantum Noktası Oluşturma ve Uygulamaları

6) ÜNLÜ, A. Nanoteknoloji. İÜ. İTF. Biyofizik AD.

7) MERT, F. Nanoteknoloji ve Endüstriyel Uygulamaları

8) TÜRKER ŞENER, L. Biyonanomalzemeler İÜ. İTF. Biyofizik AD.