Adından da belli olduğu gibi, küçük boyutuna rağmen nanoteknolojinin devasa bir endüstriyel etkisi oldu.
Nanoteknolojinin çalışma alanı, korkutucu olduğu gibi uzun bir süre de muallakta kaldı. Öte yandan nanoteknoloji birçok farklı sektör için ne kadar faydalı bir potansiyele sahip olduğunu gösterdi ve firmaların bu teknoloji ve getirisi minik makine ve malzemelerden fayda sağlamanın yollarını aramasına neden oldu. Aşağıdaki listede nanoteknolojinin büyük vaatler sunduğu başlıca alanlar sıralandı.
1. Nanotıp
Nano ölçekteki taşıma sistemi sayesinde, ilaçlar çok daha etkili ve hedefe yönelik uygulanabiliyor. Kimyasal ve mekanik elementleri bir araya getiren nanotıp, hastalara ve doktorlara yardımcı oluyor. Üretilen ilaçların amacına uygun hareket etmesini ve hedefe ulaşmasını, geleneksel enjeksiyon ya da oral yolla alınan ilaçlara göre çok daha hızlı hale getiren bu teknoloji, tıp alanında büyük umut vaat ediyor. Günümüzde var olan ilaçların aksine, nano parçacıklar insan vücudundaki belli biyolojik bariyerleri aşabiliyor.
Öte yandan, sayısız çalışmaya rağmen nanotıp halen büyük oranda teorik. Günümüzde nanotıp çalışmalarının büyük çoğunluğu laboratuvar ortamında ve klinik test düzeyinde olup sağlık sistemine henüz dahil olabilmiş değil. Her şeye rağmen durum henüz genele yayılmamış olsa da, “Şeffaf Piyasa Araştırmaları” tarafından yayınlanan rapor, yıl sonunda nanotıp piyasasının 177,6 milyar dolar hacme sahip olacağını öngörüyor. Bu teknolojinin gelecekte Alzaymır, kanser ve diyabet gibi hastalıklara yönelik kullanılabileceği, dahası antimikrobiyal direnç ve nano mühendislik ile doku oluşturmaya kadar gideceği düşünülüyor.
2. Üretim
Nanoteknoloji ile ilgili ortada dönen tartışmaların çoğu, bu teknolojiyi üretime yansıtmak için aranan yollar ile ilgili. Üretim işleminin nano ölçeğe geçirmek maliyetleri düşüreceği gibi, hem verimi artıracak hem de malzeme kalitesini yukarı çekecektir. Örneğin ArcelorMital tarafından üretilen nano parçacıklı çelik hem daha hafif ve ince hem de çok daha güçlü bir şekilde kiriş ve plakalar üretilmesini sağlıyor. MesoCoat firması ise,petrol sektöründe kullanılması için paslanma önleyici özelliğe sahip nano teknoloji ile geliştirilen kaplama üretti. Geleneksel yöntemlere göre daha hızlı bir şekilde yapılabilen kaplama, daha düşük sıcaklıklarda da uygulanabiliyor. Bu da maliyeti azaltarak daha ucuz borulara sahip olmayı sağlıyor.
Bir başka ilgi çekici nano teknoloji icadı da, nano ölçekte yapılan elmas uçlar. Illinois Üniversitesi ve Pennsylvania Üniversitesi Gelişmiş Elmas Teknolojileri araştırmacılar, ortak bir çalışma ile tamamen elmastan oluşan ve termal işlemlerde kullanılabilecek nano ölçekte uç geliştirdi. Bu biraz abartılı gibi görünse de, her bir ucun sadece 10 nanometre çapında olduğunu göz ardı etmemek lazım.
3. Enerji
Nanoteknolojinin etkin bir şekilde kullanılabileceğinin düşünüldüğü enerji alanlarından birisi güneş enerjisidir. Nano teknoloji ile geliştirilen solar hücreler, küçük parçacıklar ve nano ölçekteki, farklı moleküler yapılara sahip malzemeler normalden yüksek enerji soğurabilir. Fakat ne yazık ki, nano solar hücreler geliştirmek için çalışan NanoSolar adlı firma başarısız olarak 2013 yılında kapılarını kapatmak zorunda kaldı. Son yıllarda ise güneş enerjisi tekrar popülerlik kazanmaya başladı. Artık nanoteknoloji kullanarak ürünlerini ileri taşımak için çalışan birçok firma güneş enerjisi alanında faaliyet gösteriyor.
Güneş enerjisinin yanı sıra, nano teknoloji lityum iyon piller için de kullanılabilir bir kaynak. Arizona Devlet Üniversitesi’nde görev yapan mühendislik profesörü Candace Chan, lityum iyon pillerin içerisindeki yanıcı sıvıyı çıkartıp yerine katı, iletken seramik nano malzemeler koyarak bu pilleri daha güvenli hale getirmeyi başardı. Nano teknolojinin bunlardan daha geniş bir kullanım alanı da, inşaat sektörü. İnşaat alanında kullanılan nano teknoloji kullanılarak üretilen malzemeler, hem ışıklandırma hem de ısınmada normalden çok daha verimli olabilir, zira nano ölçekteki parçacıkların soğurma ya da emme becerisi, halihazırda kullanılan malzemelerden daha yüksektir.
4. Elektronik
Veriler ve bilgiler tarafından yönetilen bir dünyada, bu bilgileri hızlı ve doğru bir şekilde kullanabilmek hayati önem taşır. Neyse ki iş elektroniğe geldiğinde, nano teknoloji ihtiyaç duyulan daha hızlı, daha küçük ve çok daha hızlı çiplere erişmenizi sağlar. Karbon nanotube kullanarak NRAM adını verdiği bellek yongasını üreten Nantero firması, yüksek yoğunluklu Flash bellek yongalarını yerinden edecek.
Intel firması da, nanoteknolojinin elektronik dünyasına sağlayabileceği katkıları çabucak fark etti. Firma, 2014 yılında ince ve havalandırması olmayan bilgisayarları için ürettiği 14 nnometrelik işlemcisini tanıttı. The Core M adlı bu işlemci, selefinden yüzde 50 daha küçük ve yüzde 30 daha ince. Firmanın gelecekteki planı ise, işlemcinin boyutunu 10 nanometreye düşürmek. Bir yıl sonra, 2015’e gelindiğinde ise, Intel’in rakiplerinden IBM liderliğindeki bir konsorsiyum, 7 nanometrelik yonga geliştirdiğini duyurdu. Yonga setinin geliştirilmesi aşaması beş yıl sürerken, bu aşamad 3 milyar dolar gibi bir bütçe de kullanıldı. Başka bir deyişle, nanoteknoloji sayesinde, bir önceki nanoteknoloji yazımızda bahsi geçen “Moore Kanunu” geçerliliğini korumayı sürdürüyor.
5. Gıda
Nanoteknoloji, gıdaları ve paketlemeyi daha uzun süre koruma ve bakterilere karşı dirençli hale getirerek gıda israfını azaltmaya yardımcı olabilir. Eğer gıdalar daha uzun süre dayanırlarsa, tüketicilerin onları çöpe atma ihtimali de, marketlerin ürünleri reddetme ihtimali de azalacaktır. Örneğin şişerelde, karton kutularda ve streç filmlerde kullanılan nanokompozit kil, oksijen ve karbondioksit gibi gazların geçişini engelleme özelliğine sahip. Gümüş parçacıkları kullanılmış saklama kapları bakterileri öldürürken, nano ölçekteki sensörlerin kullanıldığı paketleme alanlarında bakteriler ve salmonella gibi diğer kirleticiler tespit edilebiliyor.
Nanosensörlerin kullanıldığı dağıtıcılar gibi yerler artarken, ileride üretimin yapıldığı tarlalarda dahi kullanılması ve bitkilerin ihtiyaçlarının belirlenmesi pek de uzak bir gelecek değil. Bu teknoloji sayesinde bitkiler bozulmadan önce ihtiyacı olan gübre, su ya da ilaç verilerek israf azaltılabilir.Nano teknoloji kullanılarak üretilen tarım ilaçları, zararlı böceklerin sistemine girdikten sonra, kimyasal olarak bitkiye de çok daha az etki eder.
6. Akıllı Şehirler
Yukarıda anlatılanların tamamı, akıllı şehirlerin anahtarının nanoteknoloji olduğunu gösteriyor.Akıllı şehirler akıl almayacak büyüklükte verinin oluşmasına neden olurken, bu verilen ağlar arasında ve ağ içinde hareket etmesi gerekecek. Teraphysics’in mmLink’i gibi nano teknoloji destekli milimetrik dalga teknolojisi, altyapı ihtiyacı olmadan bahsi geçen veriyi iletme becerisine sahip. Teraphysics firması 2017 yılında kitlesel fonlama kampanyası başlatmanın yanı sıra, büyük kablosuz teknoloji firmaları ile de görüşmeler yaptı. Firmanın nihai amacı, nano teknoloji destekli ağların 5G teknolojisinde kullanılması.
Bunun yanı sıra, nükleer santraller, barajlar, yollar için nano malzemelerin kullanılması ve hava kirliliği ile diğer çevresel faktörleri tespit etmek için kullanılan nano ölçekteki sensörler de akıllı şehirler için faydalanılması gereken uygulamalar arasında.
Nanoteknolojinin Önünde Halen Uzun Bir Yol Var
Nanoteknoloji sadece küçük otonom robotlar demek değil. Sektörel bazda bakıldığında, nanoteknolojinin en önemli kullanım alanın sağlık sektörü olarak göze çarpıyor. Enerji sektöründe, özellikle de güneş enerjisi başlığındaki uygulamalar nedeni ile birçok firmanın gözü nanoteknolojiye kaymaya başladı. Akıllı şehirler konu olduğunda ise, hayalden gerçeğe geçişteki veri probleminin çözümü yine nanoteknolojide saklı. Dahası, nanoteknoloji daha sürdürülebilir bir doğa içinde fayda sağlıyor. Nanoteknoloji, bilim kurgu kitaplarının sayfalarından taşarak gerçek dünyaya adım attı ve birçok sektörde potansiyelini ortaya koydu.
Peki ya halihazırda nanoteknoloji kullanılarak üretilen ürünler neler?
Çevremizde sayısız nano malzeme bulunuyor. Fakat bu ürünler önceki yazımızda bahsi geçen tehlike “gray goo”ya sebep olabilecek, kendi kendine çoğalan bilim kurgu malzemeler değil. Aslında bu ürünler farklı ve eşsiz özelliklerini kullanıldıkları sıradan ürünlere ödünç veren malzemeler.
Biranın Tazeliğini Koruyan Alaşımlar
Cam bira şişeleri, sarhoş serserilerin elinde tehlike arz edebilir. Birçok bölgede, bu camlar güvenlik açığı olarak değerlendiriliyor. Bu sorunun üstesinden gelmek ve maliyetleri azaltmak amacı ile, üreticiler farklı malzemelere yönelmeye başladı.
Miller firması, ürettikleri birayı kil nano parçacıkları kullanarak geliştirdikleri plastik şişelere dolduruyor. Bu küçük destek, oksijenin dışarıda karbondioksitin ise içerisinde kalmasını sağlayarak, birayı taze tutuyor. Fakat paketlemede kullanılan nano parçacıkların, zararsız bir kaynaktan üretiliyor olsalar bile sağlıksız olabileceğini düşünenlerin sayısı da az değil.
Kurşun Geçirmez Yeleklerde Kullanılan Kaplama
Yüksek kalibreli bir silahtan ateşlenen kurşun, kumaşı delmese bile insana hasar verebilir. Fakat eğer bu zırhlı yelek nanorepel yani uygulanan etkiyi daha geniş bir alana yayan malzeme ile kaplanmış olursa, verdiği zarar azaltılabilir. Çarpma anında, organik moleküllerden oluşan ince katmandaki lifler oldukları yerde sabitleniyor. First Choice Armor isimli firma, N-Force adını verdiği bu kurşun geçirmez yelek serisini, 2008 yılının yaz aylarından itibaren üretiyor.
Nano Parçacıklar Sayesinde Daha Güçlü İş Aletleri
Her Gün kullanılan, şarj edilebilir bataryalar, enerjilerini tüketirken içerilerinde bulunan lityum iyonlar kobalt oksit katotundan ayrılıp karbon anoduna doğru yol alır. Bu tür bataryaları kullanan cihazlar düşük güce, kısa şarj ömrüne ve patlama ya da yanma riskine sahiptir.
MIT’de görev yapan araştırmacı Yet-Ming Chianhg, bu problemi pozitif elektrotlar ile nano parçacıklardan elde edilen yeni bir malzeme ile değiştirerek ortadan kaldırmayı başardı. Kullanılan lityum iyon fosfat, iyonların kolay ve hızlıca gidip gelmelerini sağlıyor. Black and Decket ile DeWalt markaları, üst düzey iş aletlerinde bu bataryaları kullanmaya başladı bile. Elektrikli araçlarda da bu teknolojinin kullanılması bekleniyor.
Altın Nanoparçacıklar Sayesinde Kolay Genetik Testler
Gelecekte doktorlar, tek bir tuşa basarak ileri seviyede kan testlerini yapabilmeyi umuyor. Sağlık alanındaki bu devrim, DNA kaplı altın nanoparçacıkları kullanan “Verigene” sistemi gibi ürünler sayesinde gerçek olabilir ve proteinler ile önemli genlerin geçmişi belirlenebilir. Amerika Birleşik Devletleri’nde bulunan FDA, geçtiğimiz yıl Verigene sistemi kullanan Nanosphere’e onay verdi.Nanosphere, doktorlara hastalarının antikoagülan ilaçlara verdikleri tepkileri öngörmeleri için yardımcı oluyor. Doğru dozu ayarlama sıkıntılı bir süreç iken, bu yenilik sayesinde işler daha kolay bir hal alıyor.
Otomobil Cilalarında Yeni Dönem
Eğer aracınızı standart bir cila ile parlatmaya kalkarsanız, otomobilin üzerinde lekeler, cila izleri ve bulanık yerler kalması muhtemeldir. Ürünlerini nanometre genişliğinde ve palmiye ağacı mumu ile geliştiren Eagle One otomotiv kozmetik firması, yeni nesil kaplamalarının uzun süre temizlik sağladığını belirtiyor.
Palmiye ağacı mumunun parçacıkları inanılmaz küçük boyutlara sahip olduğundan transparan görünüyor. Bu küçük boyutları sayesinde en küçük boşlukları bile doldurabilen palmiye ağacı mumu, boyaya da tam olarak tutunabiliyor. Güneş kremi üreticileri de aynı yöntemi çinko oksit kullanarak hayata geçirdi.
Yarı İletken Nano Parçacıklar ile Masrafsız Güneş Panelleri
Güneş enerjisi panellerinin üretiminin zor olması, pahalı olmalarına neden oluyor. Çoğunluğu vakum odalarında üretilen bu panellerde, ince katmanlar oluşturabilmek için büyük miktarlarda enerji harcanıyor. Nanosolar teknoloji ise, bu üretim işlemini nano parçacıkların 3D yazıcılar ile yazdırılıp ucuz metal folyolara işlenmesini sağlayarak çok daha ucuza mal edebilmemizi sağlıyor. Bu yöntemle üretilen güneş enerjisi panellerinin sayısı her geçen gün artmaya devam ediyor.
Altın Nanoparçacıklar ile Kolay Kullanılan Gebelik Testi
Altın nanoparçacıklar, evde yapılan gebelik testlerinin sonucunu çok daha kolay okumayı sağlıyor. Bir kadın hamile kaldığı anda, hCG adlı bir hormon salgılamaya başlıyor. Kişi testi yapıp idrarı test çubuğuna aktardığında, çubuğun üzerindeki antikor kaplı altın nanoparçacıkları hCG hormonunu yakalayıp üst tarafa getiriyor. Eğer bu hormon idrarda bulunmuyorsa, tüm nanoparçacıklar yukarı çıkıp test çubuğunda iki çizgi oluşmasını sağlıyor.
Kil Kaplama ile Tenis Topları Daha Uzun Ömürlü
Wilson Spor Ürünleri adlı firma, birkaç yıldır InMat adlı nanoteknoloji firmasının geliştirdiği butil kauçuğu ve vermiküliti kullanarak çift çekirdekli tenis topları üretiyor. Tamamen dağılarak yüzeyi kaplayan kil nano parçacıkları, havanın topun dışına kaçmasını engelliyor ve topa oldukça uzun kullanım ömrü kazandırıyor. Öte yandan, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki tenis severler, bir top için yüksek paralar ödemek istemediğinden, firma bu ürünününden vazgeçmek zorunda kaldı.
Alüminosilikat Nanoparçacıkları ile Kanamayı Hızlıca Durdurun
Burun kanamaları saatlerce sürebilir. Fakat alüminosilikat nano parçacıkları kullanılarak üretilen bandajı rulo haline getirip burnunuza tıkarsanız, kanama neredeyse anında duracaktır. Bu inorganik madde, kaolin kilinden elde ediliyor ve vücudu pıhtılaşma işini yapması için tetikliyor. Uzun yıllar boyunca bu madde, doktorlar tarafından hastaların pıhtılaşma hızını test etmek için kullanıldı.
Santa Barbara’da bulunan Kaliforniya Üniversitesinde görev yapan iki kimyacı Sarah Baker ve April Sawvel, bu maddenin ciddi kanamaların önüne geçebileceğini fark etti. İki kimyagerin akıl hocası Galen Stucky, Z-Medica ile birlikte bir hasta üzerinde çalışarak geliştirdiği ürün, yaralı askerlerin hayatını kurtarabilecek potansiyele sahip. Bu teknoloji, yakın zaman önce piyasaya sürüldü ve herkesin kullanımına sunuldu.
