Nanoteknolojinin Günümüzde Kullanım Alanlarına Örnekler

0

Nanoteknoloji nedir, nerelerde kullanılır? Nanoteknolojinin günümüzdeki kullanım alanları nelerdir? Örneklerle açıklaması.

KÜÇÜK MADDE

Bilim insanları nanomalzemelerle çalışmak için onları anlamak zorundaydılar. Kuantum mekaniğinde, çok küçük, öne çıkmayan enerji ve madde birimlerinin davranışını öngörmek için matematik kullanılır. Kuantum mekaniği konusunda en çok adı geçen iki bilim insanı, 1900’de ünlü “kara cisim” deneyiyle ışığın spesifik “enerji kuantumları”ndan oluştuğunu öğrenen Max Planck ve I922’de atomun işleyişini açıklamak için kuantum mekaniğini kullanan Niels Bohr’dur,

nanoteknoloji

Teoriler çok iyiydi ama maddelerin davranışının test edildiği deneyler dışında kanıtlanmaları zordu. Aslında Albert Einstein 1905’te kuantum kuramını önerdi. Altmış yıl kadar sonra, atomlar hakkındaki deneysel veri hacminin muazzam

boyutlara ulaştığı 1981’de, araştırmacılar Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer, IBM’in isviçre’deki Zürih Araştırma Laboratuvarı’nda çalışan ilk taramalı tünelleme mikroskobunu geliştirerek atomun üzerindeki gizem perdesini kaldırdılar. Bu, bilim insanlarının atomu görmesini sağlayan ilk mikroskoptu.

20. yüzyılın sonunda ise nanoteknolojinin ilk ticari uygulamaları piyasaya çıktı.

ilaç bağımlısı

Hedefe Yönelik İlaç

Bir zamanlar bilimkurgunun alanına giren nanoteknoloji, şimdi ilaç uygulamasında potansiyel bir devrimi müjdeliyor. Eski Uzay Yolu dizisinde doktor, hastaları neredeyse bir düğmeye basarak tedavi ediyordu, günümüzde ise doktorlar sadece hastalık taşıyan hücrelere saldıran tedaviler uygulayabiliyorlar. ilaç taşıyıcı nanoparçacıkların geliştirilmesiyle uğraşan araştırmacılar, nano ölçekli ilaçların çok daha az yan etkiyle çok daha fazla terapötik yarar sağlayabileceğini söylüyorlar.

Altın içeren nanoçubukların sadece kanser hücrelerini hedefleyecek şekilde enjekte edilmesi, tıptaki çeşitli nanoteknoloji uygulamalarından sadece biri. Günümüzde MIT’nin yanı sıra Kaliforniya Üniversitesindeki (San Diego ve Santa Barbara) araştırmacıların üzerinde çalıştığı yöntemde, altın nanoçubuklar sağlıklı kan hücreleri tarafından emiliyor. Tümördeki geçirgen kan hücreleri ise nanoçubukların tümöre girerek birikmesine olanak tanıyor.

Kızılötesi lazer; tümör hücrelerini ısıtarak protein salgılarına neden oluyor. Diğer bazı aşamaların ardından uygulanan kemoterapi molekülleri, doğrudan tümör hücrelerine bağlanıyor.

Böylelikle tedavi tüm hücrelere değil sadece kanser hücrelerine uygulanıyor. Yani kanser hücreleri hedeflenmiş ve yan etkiler azaltılmış oluyor.

Halihazırda bu teknolojinin kullanıldığı birçok ürün üzerinde çalışmalar sürüyor Piyasaya çıkabilecek bazı ürünler arasında tümörlerin görüntülenmesinde büyük gelişme sağlayabilecek bizmut nanoparçacıkları, radyoterapi sırasında serbest radikalleri (kararsız ve vücutta tahribata yol açabilen eşleşmemiş elektronlu atom) emen spesifik nanoparçacıklar ve meme tümörlerini tedavi etmek için hedefe yönelik tedavi yer alıyor.

Hava Kirliliği

Su ve Havanın Temizlenmesi

Öyle görünüyor ki yakında “ne kadar büyük o kadar iyi” deyişini nanoteknolojinin de kanıtladığı gibi “ne kadar küçük o kadar iyi” deyişiyle değiştirmek gerekecek. Nanoteknolojilerin çeşitli uygulama alanlarından biri de su ve hava temizleme sistemleri. Bu sistemlerin, kirlenmenin önlenmesi ve saptanmasından, kirlenmiş alanların temizlenmesine kadar uzanan potansiyel kullanımları araştırmacıları heyecanlandırıyor

Gözenekleri çok daha küçük olduğu halde, suyu klasik filtrelerle aynı hızda ya da daha hızlı arıttığı keşfedilen karbon nanotüp membranlar bazı ülkelerde kullanılıyor Gözeneklerinin küçüklüğünün nedeni olasılıkla içlerinin pürüzsüz olması. Karbon nanotüp membranlar petrolden bakterilere kadar suyun kirlenmesine neden olan hemen her şeyi gideriyor. Üstelik nano ölçekli su arıtım sistemleri hem daha ucuz hem daha kolay temizlenir özellikte. Kulağa televizyonda gösterilen kâğıt havlu reklamı gibi gelebilir ama çok küçük potasyum manganez oksit tellerinden dokunan bu sistemler, temizlik uygulamalarında ağırlıklarının olarak 20 katı emiş gücüne sahip.

Kullanım alanı giderek artan altın da havanın temizlenmesine yönelik nanoteknolojide önemli bir rol oynayabilir. Queensland Teknoloji Üniversitesi, Fizik ve Kimya Bilimleri Fakültesinden Doç. Dr Zhu Huai Yong enerji verilmiş altın nanoparçacıklarının havadaki uçucu organik bileşikler gibi kirletici maddeleri yok edebileceğini söylüyor. Yong’un ekibi bu olanaktan yaralanmak için altını manganez oksitle birleştiren bir teknoloji üzerinde çalışıyor.

Kimyasal ve Biyolojik Sensörler

Patlayıcıların saptanmasında,iyi eğitilmiş bir köpeğin duyarlı burnundan daha yararlı ne olabilir? Bu bir tuzak soru değil. İlk nanoteknoloji şirketinin 1997’de ürün (nanoteknoloji sistemlerini kullanan bir robot) pazarlamaya başlamasından bu yana, bilim insanları çok hassas kimyasal ve biyolojik sensörler yaratmaya çalışıyor. 2012 yılına gelindiğinde, hedef kimyasal maddenin çok küçük miktarlarını saptayabilen nano ölçekli cihazlar da dahil birçok sensör, geliştirilme ya da uygulamaya koyulma aşamasındaydı. Bu cihazların örnekleri arasında Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nın, patlayıcıları, biyolojik ve narkotik maddeleri saptamayı hedefleyen sensörü de bulunuyor. Laboratuvar araştırmacılarının işlev kazandırdığı altın nanoparçacıkları, bir dakika kadar kısa bir süre içinde perklorat ya da uranyum gibi spesifik kirletici maddelerle etkileşime girip onları tanımlayabilecek şekilde modifiye ediliyor ve pozitif yüklü hale getiriliyor. Ancak günümüzde uygulanan yöntemler zahmetli örnek hazırlama işlemleri ve uzun laboratuvar analizleri gerektiriyor.

su kirliliği

Petrol ve Zehirli Atık Temizliği

Mükemmel bir yağ giderici olan trikloroetilenin (TCE) yeraltı sularına karıştığında kalıcı bir kanserojen olduğu bilinir. Bileşiğin iki karbon ve üç klor atomu bağı, demir tozlan yerine altın-paladyum nanoparçacıklarıyla işlemden geçirildiğinde bir milyon kat daha hızlı parçalanır. Üstelik altın-paladyum nanoparçacıkları bütün bağları koparırken demir bazılarını atlayarak vinil klorür gibi daha da kötü yan ürünlerin ortaya çıkmasına yol açar. Bu yan ürünler nedeniyle TCE için genelde havayla sıyırma ve karbon adsorpsiyonu kullanılır; yani TCE değiştirilmeden kurutulur ya da çıkarılır. Altın-paladyum nanoparçacıkları başarılı olursa, ABD’deki Superfund tehlikeli atık depolama alanlarının yandan fazlasının kullanıma açılmasına ve milyarlarca dolar kazanılmasına olanak verecek.

esnek ekran

Esnek Ekranlar

Cep telefonunuzu düşürüp ekranını mı kırdınız? Esnek OLED ekranlar monitörlerin standardı haline gelirse böyle bir şey yaşanmayacak. (OLED, organik ışık yayan diyot anlamına geliyor) Araştırmacılar, büküldüğünde çatlamayan ve kırılmayan esnek OLED ekranları yaratmanın yöntemlerini araştırıyor. Üstelik bu ekranlar çok daha hafif olacak, yüksek çözünürlüklü görüntü sağlayacak ve daha az enerji gerektirerek cep-telefonu pilinin neredeyse iki kat daha uzun dayanmasını sağlayacak. Esnek ekranlar sayesinde kullanıcılar elektronik aletlerini rulo yapabilecek ya da katlayabilecekler; telefonlarını düşürdüklerinde de ekran kırılmayacak. M Halihazırda kullanılan ekranlarla rekabet edebilmeleri için OLED’lerin son derece iletken, saydam, esnek ve daha ucuz olması gerekiyor Düşünülen bir yöntemde, plastik levhalar üzerine koyulan gümüş nanoteller kullanılıyor Bir başka yöntemde ise metalik karbon nanotüp levhalardan yararlanılıyor Bu V levhalar son derece esnek, çok iletken ve saydam.Tek atom kalınlığında bir karbon levha olan grafen de OLED ekranlar yaratmak için kullanılması düşünülen malzemeler arasında yer alıyor Arizona Üniversitesinde, gelişkin karma oksitli ince-fılm transistörler kullanılarak esnek bir OLED imal edildi. Samsung plastik kullanılan bir esnek OLED versiyonu üzerinde çalışırken, Sony de organik transistörün kullanıldığı bir sürüm geliştiriyor.

OLED ekran teknolojisi sadece dizüstü bilgisayarlar; cep telefonları ve televizyonlarda kullanılmakla kalmayacak. Bunun dışında, gözlük camlarında filtre olarak kullanılacak, katlanır ve kıvrılır ekranlar pazarlama amacıyla ve broşür olarak da işe yarayacak.

Koreli elektronik şirketi Samsung, 2004’ten bu yana önde gelen OLED ekran imalatçısı. Ayrıca, dünyada aktif matrisli OLED teknolojisine ilişkin patentlerin en büyük sahibi.

biyofilm

Mikrop Öldürücüler

Bilim insanları, bakterilerin düşündüklerinden çok daha akıllı olduğunu keşfetti. Araştırmacılar uzun yıllar boyunca bakterilerin genel olarak organize olmayan, başıboş organizmalar olduğu görüşündeydi. Ancak 2005’e gelindiğinde bakterilerin birçok türü antibiyotiklere direnç kazanmış ve bilim insanları bazı bakterilerin birbirine bağlanarak biyofilmler oluşturduğunu keşfetmişti. Bir araya gelen bakteriler kimyasal olarak iletişim kuruyor ve “konakçı”nın savunmalarıyla etkin bir şekilde mücadele ediyordu.

Neyse ki, çinko ve gümüş gibi spesifik nanoparçacıklar biçimindeki nanoteknoloji bu biyofilmleri parçalayabiliyor Gümüş ve çinko atomlarında, zeta potansiyeli denilen benzersiz bir elektrik yükü bulunur Korozif oksidasyon yaratmadan bakterilerin iletişimini etkisiz hale getiren de işte bu yüktür Üstelik nanoparçacıklar toprakta, kumaşta ve suda bakteriyel kirlenmeyi önlemek için bir bariyer işlevi de görebilir

Nano boyuta getirilir mikrop öldürücü güm günümüzde -bakteri, ve maya dahil- tıbbi olar ilişkili mikroorganizmalar geniş bir yelpazesi için araştırılıyor Milyarda bir pay kadar az miktarda gümüş dahi biyofilm hücre üremesinin önlenmesinde etkili olabilir.

Bu mikrop öldürücü uygulamaların bir örneği, aslında bir biyofilm olan diş plajı tedavisidir. Diğer potansiyel uygulamalar arasında yapay kalpler ve stentler üzerindeki koruyucu tabakaların yanı sıra, kontakt lenslerde, idrar sondalarında ve eklem implantlarında biyofilm oluşumunun kontrol edilmesi ya da önlenmesi de yer alıyor.

kokan çorap

Koku Azaltıcı Kumaş

Kokan çoraplarınız sizi utandırıyor mu? Gümüş nano-parçacıkları kokunun üstesinden geliyor. Kokuyu engelleyen pamuklu çoraplar ve giysiler getirin gözünüzün önüne. ABD Tarım Bakanlığı’na bağlı Tarımsal Araştırma Hizmetleri tarafından yönetilen Southern Regional Research Center’daki (Güney Bölgesel Araştırma Merkezi) araştırmacılar pamuklu kumaşta mikropların üremesini önlemenin yöntemleri üzerine çalışıyor. Büyüklüğü İki ile altı nanometre arasında değişen gümüş parçacıkların kullanıldığı yöntem, çorap ve tişört de dahil olmak üzere bütün pamuklu kumaşlara uygulanabiliyor. (Gümüş katalizör işlevi görür ve mikrop öldürücü etkiye sahiptir.)

UV Engelleyici Kumaş

Güneşten yanmaması için burunlarına çinko oksit süren cankurtaranların haklı olduğu anlaşılıyor. Tebeşirimsi beyaz bir madde olan titanyum oksit, güneş ışınlarını yansıtarak çinko oksit gibi etki yapar ve ultraviyole (UV) ışığı geçirmeyen kumaşlarda önemli bir malzemedir. Nanoparçacıklar içine hapsedilen titanyum oksit kumaşa uygulandığında giyen kişinin cildini güneşin UV ışınlarından koruma kapasitesini artırır Günümüzde, zararlı UV ışınlarına daha az maruz kalmak için koruyucu güneş kremi sürmenin yanı sıra bedeni örtmek de öneriliyor.

cam temizleme

Kendiliğinde Temizlenen Cam

Modern ticari binaların dört yanı da camla çevrilidir ve bu da temizlenmesi gereken çok fazla pencere olduğu anlamına gelir, Neyse ki nanoteknoloji kendiliğinden temizlenen cam biçiminde bir çözümle ortaya çıktı. Pilkington Glass, kendiliğinden temizlenen ilk camı 2001 ‘de piyasaya sürdü. O günden bu yana onu başkaları da izledi ama kullanılan teknik tümünde aynı. Cam, üzerindeki kirin parçalanması için, güneş ışığıyla tepkimeye giren ince bir titanyum dioksit filmle kaplanıyor Yüzey kaplaması suyun yüzeyde eşit bir şekilde yayılmasını sağladığı için yağmur hemen hiç iz bırakmadan kiri tamamen yıkayıp götürüyor Kendiliğinden temizlenme iki ayn aşamayı gerektirdiği için, hem güneş ışığı hem de yağmur alan bir yerde kullanılması gerekiyor.

su geçirmez kumaş

Su Geçirmez ve Leke Tutmaz Kumaş

Çamaşır ve kurutma makineleri bir gün gelip tarihe karışacak mı? Bu, nanoteknolojiyle mümkün. Araştırmacılar ve şirketler, nanoişlemler sayesinde su geçirmezliği ve leke tutmazlığı çok geliştirilmiş kumaşlar üretiyorlar.

Bu teknolojiye dayanan ürünler yaratan iki şirket esin kaynağını doğadan alıyor. Nilüfer yaprağı üzerindeki küçük kürelerin suyu ve kiri ittiğini fark eden Shoeller Technologies, bu yetiyi taklit etmek üzere kumaşlara uygulanabilen nanoküre teknolojisini yarattı.

Kaliforniya, Oakland’deki Nano-Tex’in nanotüy teknolojisinin ilham kaynağı ise şeftali. Bu teknolojinin nano ölçekli kumaşı, sıvıları kumaştan yukarı kaldıran ince tüylerle kaplı.

Su geçirmez ve leke tutmaz kumaş uygulamaları sadece giyimle sınırlı kalmıyor. Bu sadece bir başlangıç. Şirketler şimdiden daha birçok uygulamaya yöneldi.

Mobilyaların, perdelerin ve gardırobunuzdaki her şeyin bu malzemeden yapıldığını hayal edin.Tozlu perdeler ve kirli araba döşemeleri tarih olacak. Çamaşır yıkamaya da elveda.


Bir Yorum Yazmak İster misiniz?