Biyo-uyumlu Elektronik Malzemeler

Yıllar önce çekilen kimi filmlerde ve çizgi filmlerde ufacık araçlarla vücut damarlarında yolculuk edip hastalıklar giderilmeye çalışılıyordu. Bu yolculuk sırasında çeşitli hücrelerin saldırılarıyla karşılaşıyorlar, ancak tüm zorluklara rağmen vücut içerisindeki yolculuğu tamamlayıp hastalığı gideriyorlardı. Yıllar öncesinde hayal olan ve filmlerde yer verilen bu konular üzerinde yapılan çalışmalarla her geçen gün daha somut adımlar atılıyor ve nanorobot kavramı gelecek vaat eden çalışmalar arasında yer alıyor.

Nanorobotlar 1-100 nanometre büyüklüğünde ve birkaç farlı atomdan oluşur. Nanorobot yapımında en çok kullanılan atom ise karbon atomudur. Karbon atomları elmasta olduğu gibi sıralandıklarında çok sağlam olur. Ek olarak hidrojen, sülfür, oksijen, silikon, florin ve nitrojen atomları da kullanılır. Bir nanorobotun genişliğinin, kılcal damarın çapı olan 3 mikronu geçmemesi gerekir. Nanorobotlarda olması gereken bir diğer özellik de dış yüzeylerinin vücut sıvılarına ve hücrelere karşı dayanıklı olmasıdır. Taşıdıkları yükün etkilenmemesi için, hücrelerin ve vücut sıvılarının içlerine geçmemesi gerekir. Yani bir nanorobotun su ve hava geçirmez olması gerekmektedir. İşte bu noktada yapılan çalışmalar nanorobotların gelişmesinde önemli konulardan birini oluşturmaktadır.

Konvansiyonel elektronik malzemeler tipik olarak sert ve kırılgan malzemelerden yapılmıştır ve nemli ortamlarda çalışamazlar. Ancak geçtiğimiz günlerde yapılan North Carolina State University'de yapılan bir araştırma ile yumuşak, esnek ve de nemli ortamlarda son derecede iyi bir şekilde çalışan elektronik malzemeler elde edildi. Çalışma grubu araştırmacılardan Michael Dickey bu elektronik malzemelerin biyouyumlu olduğunu ve insan vücudunda da kullanılabileceğini açıkladı. Bu gelişme nanorobotların uygulanabilir olması ve mikrocerrahide yeni yöntemlerin geliştirilmesi için büyük adımlardan birini oluşturuyor.

Üretilen malzemelerin prototipleri büyük miktarda hafızaya sahip olmaları için henüz optimize edilememişlerdir ancak geleneksel elektronik malzemelerin düşmanı olan ortamlarda son derecede iyi bir şekilde çalışmaktadırlar. Malzemeler su bazlı jeller içerisine galyum ve indiyumun sıvı bir alaşımı kullanılarak yapılmıştır. Çalışma grubu araştırmacılarından Dickey'e göre, malzemelerin nemli ortamlarda çalışabilmesi ve yapısındaki jellerin biyouyumluluğu, ilerleyen zamanlarda belki de medikal görüntüleme ve biyolojik sensör uygulamaları için kullanılabilmesini sağlayacak.

Üretilen malzemenin yapısındaki metal alaşım devrenin elektrotudur ve iletken jelin diğer ucunda bulunmaktadır. Alaşımdan oluşmakta olan elektrot, pozitif bir gerilim uygulandığında okside bir yüzey oluşturmakta ve elektriğe karşı direnç oluşturmaktadır. Bu durumda lojik olarak '0' durumu oluşmaktadır. Elektrot negatif bir gerilime maruz kaldığında ise okside yüzey kaybolmakta ve elektriği iletmektedir. Bu durumda ise '1' durumu oluşmaktadır.

Üretilen bu malzemeler temel anlamda anahtarlama yapmaktadır ve ikili tabanda kullanılabilecek 1 ve 0'ları üretmektedir. Birçok geleneksel elektronik malzeme 1 ve 0'ları üretmek için elektronları kullanmaktadır. Ancak geliştirilen yeni malzemelerin farkı aynı işlemi yapabilmek için iyonları kullanmasıdır.

Aslında geliştirilen malzeme aynı zamanda 'kayıp eleman' olarak adlandırılan memristör gibi çalışmaktadır. Memristör içerisinden geçen akıma göre direnci değişen ve 1971'de öne sürülen bir eleman olarak elektronik dünyasına adım atmıştır. Ünlü bilgisayar üreticilerinden HP de 3 yıl önce bu konudaki çalışmalarını açıkladı ve direnç, bobin ve kondansatörün yanında memristörün önemini vurguladı.

Nanotıpın ve mikrocerrahinin gelişmesine katkıda bulunan bu gelişmeler belki de uzun vadede hastalıkların tanı ve tedavisinde farklı yöntemlerin kullanılmasının önünü açacaktır. Hatta belki de gelecek yıllarda insan vücudunda nanorobotlar ile hastalıklarla savaşılması artık hayal olmaktan çıkacaktır.

Gökhan Sezek

Kaynaklar:

1) Bilim ve Teknik, Sayı: 42, Nisan 2009

2) NTV Bilim, Sayı: 3, Mayıs 2009

3) http://www.physorg.com