MOLEKÜLER BİYOMİMETİK

[ilknur]

Binlerce yıldır insanoğlundan hiçbir şeyi esirgemeyen, zamanla bizlere kızıp köpüren doğa, şimdilerde yeni bir rol üstleniyor:ilham periliği. Bilim insanları son 50 yıldır , doğadaki olağanüstü yapı ve sistemleri görüp bunlardan yola çıkarak yeni yöntem ve teknolojiler geliştirmek çabasındalar. Biyomimetik de bu yöntemle ortaya çıkmış bir araştırma alanı. Son yıllarda fiziksel bilimlerde moleküler ve nano ölçekte kaydedilen gelişmeler ve moleküler biyolojide gelinen nokta, biyomimetiğin moleküler ölçekte ele alınmasına olanak sağladı. Böylece yeni bir disiplin olan ‘moleküler biyomimetik’ doğdu. Bu alan; inorganiklerden ve inorganiklere bağlanan proteinlerden oluşan fonksiyonel hibrit sistemlerin gelişimi için malzeme bilimleri ve moleküler biyolojinin evliliği olarak da görülebilir.

Kemiklerdeki kafes yapının sağlamlığı mühendisler için de esin kaynağı olmuştur. Kemiğin yapısına benzeyecek şekilde geliştirilen inşaat teknikleri sayesinde çok daha dayanıklı ve ucuz yapılar inşa edilmiştir.

Aslında doğadan esinlenmelerle yeni teknolojilerin moleküler seviyede yapılmasından bahsediyoruz. Bunu yaparken de, doğada gördüğümüz bütün kompleks yapıları gerçekleştiren dört ana molekülden yola çıkmak gerekiyor: karbonhidrat,yağ,protein ve DNA. Bu noktada DNA’yı bilgi depolayan, proteini de o bilgiyi fonsiyona dönüştüren olarak görüyoruz.

Örneğin gözümüzü incelediğimizde en gelişmiş kameranın bile gözümüzün hızına ve kalitesine erişememiş olduğunu görüyoruz. Bunu sağlayan ‘rhodopsin ‘ adında bir protein. İşin ilginç yanı aynı protein birkaç peptit değişimiyle koku ve tat almamıza da yardım ediyor. Yeni teknolojiler geliştirilirken şu ana kadar gelinene noktada hep sentetik yollara sapılmış, oysa doğa fonksiyon geliştirmeyi çok iyi bir şekilde gerçekleştirmekte. 2005’ten önce böyle bir kavram yoktu. Bugün ise bilim adamları moleküler biyoloji ve genetik teknikleriyle malzeme bilimlerini birleştirip doğadaki bu bilgilerin sırrını anlayıp teknolojilere yönlendirebilecek durumda. Bu durumda moleküler biyomimetik çok kritik bir rol üstlenmiş durumda. Doğayı taklit ederken moleküler seviyeden başlayıp istediğimiz nano, mikro, makro boyutlara ulaşabilmekteyiz.

Soluk borusunun katlanıp tıkanmasını engelleyen kıkırdak halkalardan esinlenerek katlanmayan eğilip bükülmeyen plastik borular kullanıma sunulmuştur.

Malzeme mühendisliğinin temeli bir elementi alıp, örneğin demir, fonksiyonel kullanılabilir malzeme yapmaya çalışmaktır. Bunu yapmak için de o elementin içyapısının değiştirmek ve çeşitli özellikler taşıyan demir yapmak gerekir. Çelik, paslanmaz çelik, süper alaşımlar değişik çeşitte demirlere örnektir ve kullanım yerleri de değişiktir. Sonuçta içyapısını değiştirerek bir malzemenin özelliklerini değiştirebilirsiniz. Bu olayın biyolojide çok yaygın olarak canlı bünyesinde uygulandığı görüldü. Birçok farklı deniz kabuğunda ortak olan şeyin kalsiyum karbonat olduğu fark edildi. Ancak deniz kabuklarını kırıp içlerine elektron mikroskobuyla bakıldığında hepsinin ayrı yapıda düzenlendiğini dolayısıyla da ayrı fonksiyonlara sahip olduğunu görürsünüz. Bunu canlının nasıl yaptığı sorusunu sorunca her deniz kabuğunun farklı proteinlerle kalsiyum karbonat içeren bir iç yapı oluşturduğunu anlarsınız. Proteinleri kullanarak, oda sıcaklığında, suyun içinde herhangi bir malzemeyi yapıp iç yapısını değiştirip çeşitli özelliklere doğru mühendislik yoluyla kontrol etmek bir malzeme bilimcisi için biçilmez kaftan. Bu sayede doğadaki sistemleri kullanarak yepyeni yöntemlerle fonksiyonlarını geliştirebileceğimiz yeni malzeme ve sistemler üretilebileceğini fark etmek bu alana yöneltiyor bilimi.

Örneğin: bakterilerde manyetik parçacıkların olduğu görüldü. Bunların 50 nanometre büyüklüğünde süper-paramanyetik , biyonanoteknoljide kanser sezinlemede kullanılması çok istenen fakat yapılamayan parçacıklar olduğu anlaşıldı. Bir takım süngerlerin iskeleti silika, yani cam, ama bazı süngerlerde cam iğne süngerin üzerini kaplıyor. Bu iğnelerin hem mekanik hem de optik özelliklerinin endüstride yapılan fiber optikten daha iyi olduğu ortaya çıktı. Denizin derinliklerinde 200-300 metrede yaşayan sünger, o koşullarda ışık esinlemesini yakalamak için kendi,ne muazzam bir optik fiber yapıyor. Ayrıca bu sünger denizin derinliklerinde bir alg ile simbiyotik bir şekilde yaşıyor, algin güneş ışığına ihtiyacı olduğu için bu cam iğnecikleri optik fiber olarak kullanmak için evrim geçirmiş. Bir diğer örnek dişlerimizde bulunan katı dokular. Bu yapıların nanometre, mikro ve makro metrelerde hiyerarşik olarak yapıldığı ortaya çıktı. Örneğin NASA grubu yerin çok derinlerinde yaşam buluyor ve siz bundan yola çıkarak kendinize hangi proteinlerin, ne tip bir yapının 400 derece sıcaklıkta kükürt ortamında bir organizmayı dayanıklı kıldığını soruyorsunuz. Acaba ben bu yapıyı alıp teknoljide kullanabilir miyim diye düşünüyorsunuz.
Evrimleşme sürecinde de canlı yapılarında gitgide mükemmelleşen yapılar hatta bir noktadan sonra da bu yapıların değişmediği görülüyor.Moleküler biyomimetik ile yüksek ısıya, fazla enerjiye gerek duymadan, en kolay yolla en mükemmel malzeme üretimi yolunda ilerlemeler bekleniyor.