Nanoteknoloji nedir, nerelerde kullanılır? (Uygulamaları ve örnekleri)

Kanser hücreleriyle savaşan görünmez parçacıklar, daha az enerji tüketen daha hızlı mikroişlemciler, 10 kat daha uzun ömürlü piller veya iki kat daha fazla enerji üreten güneş panelleri… Bunlar, nanoteknoloji uygulama alanlarından sadece birkaçı. Nanoteknoloji ve onun mikroskobik evreni, çağdaş bilim ve endüstri için devasa olanaklar sunuyor. 60’larla 80’ler arasında gelişen nano teknoloji alanı, son yirmi yılda hızla gelişti ve önümüzdeki beş yıl içinde değeri 125.000 milyon doları aşacak. Peki, nanoteknoloji nedir, nerelerde kullanılıyor? Dünyada nanoteknoloji çalışmalarında önde gelen ülkeler hangileri? Nanoteknoloji hakkında tüm merak edilenler burada.

Nanobilim ve Nanoteknoloji nedir ?

Nanoteknoloji nedir kısaca; Nano teknoloji, yaklaşık 1 – 100 nanometre olan nano ölçekte yürütülen bilim, mühendislik ve teknoloji. Nanobilim ve nanoteknoloji, son derece küçük şeylerin incelenmesi ve uygulanmasıdır; kimya, biyoloji, fizik, malzeme bilimi ve mühendislik gibi tüm bilim alanlarında kullanabiliyor.

Nanobilim ve nanoteknolojinin arkasındaki düşünce ve kavramlar ilk olarak 1959’da fizikçi Richard Feyman tarafından ortaya atılıyor. Nanoteknolojinin babası da diyebiliriz. Feyman, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde yaptığı konuşmada bilim insanlarının tek tek atomları ve molekülleri manipüle edip kontrol edebilecekleri bir işlemi anlatıyor. 10 yıldan uzun bir süre sonra da Profesör Norio Taniguchi, son derece hatasız işleme araştırmalarında nanoteknoloji terimini ortaya atıyor. 1981’de atomları tek tek görebilen taramalı tünelleme mikroskobunun geliştirilmesiyle birlikte modern nanoteknoloji başlıyor.

Yeri gelmişken, atom, molekül, moleküler biyoloji nedir? kısaca bahsedelim:

  • Atom nedir? Atom, elektron bulutu ile çevrili proton ve nötron çekirdeğinden oluşan bir parçacıktır. Atom, kimyasal elementlerin temel parçacığıdır ve kimyasal elementler, atomlarında bulunan proton sayısı ile birbirinden ayrılır.
  • Molekül nedir? Molekül, kimyasal bağlar olarak bilinen çekici kuvvetlerle bir arada tutulan iki veya daha fazla atomdan oluşan bir gruptur.
  • Moleküler biyoloji nedir? Moleküler biyoloji, biyomoleküler sentez, modifikasyon, mekanizmalar ve etkileşimler dahil olmak üzere hücrelerdeki ve hücreler arasındaki biyolojik aktivitenin moleküler temelini anlamaya çalışan bir biyoloji dalıdır. Biyolojik makromoleküllerin kimyasal ve fiziksel yapılarının incelenmesi moleküler biyoloji olarak bilinir.

Nanoteknolojinin ne kadar küçük olduğunu hayal etmek zor. Bir nanometre, metrenin milyarda biri veya metrenin 10’da 9’u. Örneğin; bir gazete yaprağı yaklaşık 100.000 nanometre kalınlığında. Nanobilim ve nano teknoloji, atom ve molekülleri görme ve kontrol etme gücüne sahiptir. Yediğimiz yiyecekler, giydiğimiz giysiler, içinde yaşadığımız ev, bedenimiz dahil Dünya üzerindeki her şey atomlardan oluşur. Ancak, atom kadar küçük bir şeyi çıplak gözle görmek mümkün değildir. Nano ölçekteki şeylerin görülmesini sağlayan mikroskopların icadı 1980’lere dayanır. Bilim insanlarının taramalı tünelleme mikroskobu ve atomik kuvvet mikroskobu gibi doğru araçlarla sahip olmalarıyla nanoteknoloji çağı doğuyor.

Nanoteknolojik elementler hangileri? Nanopartiküller, fullerenler gibi karbonun yanı sıra altın, silikon ve titanyum gibi diğer birçok elementin nanometre ölçekli versiyonlarını içerebilir. Bir tür nanoparçacık olan kuantum noktaları, kadmiyum ve kükürt dahil olmak üzere farklı elementlerden yapılmış yarı iletkenlerdir. Kuantum noktaları olağandışı flüoresan özelliğine sahiptir. Bilim insanları ve mühendisler, fotovoltaik hücrelerden (güneş enerjisi için kullanılan) kumaş boyasına kadar her şeyde kuantum noktalarını kullanmayı denemiştir. Dört ana nanomalzeme türü vardır: karbon bazlı, metal bazlı, dendrimerler ve nanokompozitler.
Nano nedir?Nano, milyarda bir anlamına gelen bir birim önekidir. Metrik sistemle kullanılan bu önek, 10-9 veya milyarda bir değişkeni ifade eder. Nano terimine bilim ve elektronikte sıklıkla karşılaşılır.

Nanotıp nedir? Nanotıp, nanoteknolojinin tıbbi uygulaması. Nanotıp, nanomalzemelerin ve biyolojik cihazların tıbbi uygulamalarından nanoelektronik biyosensörlere ve hatta biyolojik makineler gibi moleküler nanoteknolojinin gelecekteki olası uygulamalarına kadar uzanır.

Nanoteknoloji mühendisliği nedir? Nanomühendislik, malzemelerin çok küçük ölçekte incelenmesi, geliştirilmesi ve iyileştirilmesine odaklanan mühendislik alanı. Makine mühendisliğinin fizik ilkelerini uygulamasına benzer şekilde, nanobilimin pratik uygulaması olarak düşünülebilir. Bir nanoteknoloji mühendisi, sağlık, bilim, teknoloji ve çevrenin yüzünü moleküler düzeyde değiştirebilecek yeni şeyler öğrenmeye çalışır. Kirletici maddeleri test ederler, yiyeceklerimizi ve ilaçlarımızı zenginleştirmek için tozlar yaparlar ve DNA’nın en küçük parçalarını incelerler. Vücuttaki hücreleri, proteinleri ve diğer kimyasalları bile değiştirebilirler.

Nanoteknoloji örnekleri ?

Nanoteknoloji, bilgi teknolojisi, ülke güvenliği, tıp, ulaşım, enerji, gıda güvenliği, çevre bilimi ve daha birçok teknoloji ve endüstri sektörünün önemli ölçüde iyileştirilmesine, hatta devrim yaratmasına yardımcı oluyor. Nanoteknoloji ve nanomalzemeler, her türlü endüstriyel sektörde uygulanabilmekte. Birçok ürün nanoteknoloji kullanılarak yapılıyor. Peki, Nanoteknoloji nerelerde kullanılır? İşte nanoteknoloji ürünler:

1. Güneş kremi ☀️

Laboratuvarda oluşturulan ve ultra ince parçacıklar halinde öğütülen çinko oksit ve titanyum dioksit, UV ışığını yüksek oranda emdikleri için günlük güneşten korunma ürünlerine eklenen sentetik bileşenlerdir. İnorganik nanopartiküller ayrıca görünür ışığı etkili bir şekilde emer ve dağıtır, cilde uygulandığında hafif hissettirmelerini ve şeffaf görünmelerini sağlar.

2. Giyim ?

Yağmur taneciklerinin rüzgarlığınızdan akıp gitmesi, odanızın bir köşesindeki kirlilerinizin koku yaymaması, nanofiberlere veya giysiye uyarlanmış nano teknoloji sayesindedir. Kumaşa dokunan veya yüzeyine püskürtülen silika nanopartiküller, şemsiye altında ve su geçirmez giysiler içinde bizi kuru tutar.

Genellikle tişörtlerde ve çoraplarda kullanılan gümüş nanoparçacıklar, antimikrobiyal özelliklere sahiptir, kokulu bakterileri öldürür ve daha az sıklıkta yıkama gerektirir. Karışıma bakır eklenmesi, ısıyla temas ettiğinde veya güneş ışığına maruz kaldığında yiyecekleri ve kiri parçalayan koruyucu bir tabaka oluşturur. Bakır-silika nanopartiküller, kokuya neden olan molekülleri aktif olarak hedefleyerek, ardından değiştirerek kimyasal olarak kokuyu giderir. Bir çalışmada, titanyum dioksitin pamuklu kumaşlarda kırışma direncini arttırdığı ortaya çıkmıştır.

3. Mobilya ?️

Bir evi döşeyen kaplamalar, cilalar, döşemeler, kompozit ve plastik malzemeler bazen nanoteknolojik bir dokunuşa sahiptir. Ahşaba uygulandığında nano-gümüş, bakır ve çinkonun doğal olarak biyositler üreterek mobilyaları zararlılardan ve mantarlardan koruduğu biliniyor.

Nanomalzemelerin kullanımı, bakım ve onarım maliyetlerini düşürürken mobilya ürünlerinin dayanıklılığını da artırıyor. Güvenlik açısından, döşemeli mobilyalardaki poliüretan köpüklere küçük bir parça karbon nanolif eklenmesi, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacıların bulduğu geleneksel yangın geciktiricilere kıyasla tutuşmayı yaklaşık yüzde 35 oranında azaltabiliyor.

4. Araba boyası ?

Nano-seramik kaplamalar, bir otomobilin şeffaf kaplamasıyla birleşerek suyu, kirleticileri, UV ışınlarını ve kuş pisliklerinden kaynaklanan ürik asidi iten parlak, polimer korumalı bir dolgu macunu oluşturur. Daha çok silikon dioksitten yapılırlar ancak silikon karbür veya grafenden de elde edilebilirler. Tipik olarak, kaplamalar 2 – 5 yıl arasında dayanabilir ancak piyasadaki daha konsantre karışımlar 10 yıldan fazla dayanabiliyor.

5. Spor ekipmanları ?

Nanomalzemeler, üniformalarda ağırlığı, sürtünmeyi veya aşınma direncini azaltırken ekipmanın gücünü, sertliğini ve dayanıklılığını artırabiliyor. Bu nedenle golf sopaları ve yarış bisikletleri daha hafiftir. Yüzücülerin ve patencilerin daha hızlı kaymasının nedeni de budur. Online nanoteknoloji yayını AZoNano’ya göre, spor ürünlerinde kullanılan en yaygın nanomalzeme olan karbon nanotüpler, çelikten 6 kat daha hafif, 100 kat daha güçlü ve elmas kadar sert.

Teniste, bu karbon nanotüpler raket çerçevelerini güçlendirmek için koyulur. Bu da oyunculara daha fazla kontrol ve güç sağlar. Tenis toplarının içindeki nanokil astarlar, şişen gazları tutan ve sızıntıları önleyen bir bariyer görevi görerek zıplamayı optimal hale getirir ve daha uzun oyun oynama imkanı verir.

6. İlaç ?

Target Specification, belirli hücreleri ve dokuları aramak için nanopartiküllerin lipozomlar (esas olarak belirli bir amaç için tasarlanmış kaplı su damlacıkları) olarak bilinen ilaçlara veya yapay veziküllere eklendiği bir tekniktir. GlobalData’ya göre bu, ilacın hastalıklı veya kanserli “ilgili hücreleri” doğrudan tedavi etmesine, sağlıklı hücrelerden de kaçınmasına olanak tanıyor.

7. Yiyecek ?

Buzdolabı raflarını ve mutfak dolaplarınızı dolduran aletler, muhtemelen nanoteknoloji içeriyor. Gıda Güvenliği Merkezi’ne göre, gümüş, titanyum dioksit, silika, kil, altın ve çinko, gıda ürünlerini nano ölçeğe getirmek için kullanılan en yaygın mühendislik unsurlarıdır.

Nano-demir, suyu arıtmak, organik kirleticileri parçalamak ve dekontaminasyon sırasında mikrobiyal patojenleri öldürmek için kullanılır. Mayonezin kabarık, kalıcı nemli dokusu, yağlı, yağ damlacıklarının suyu aşırı doldurduğu ve cepler oluşturduğu nano-emülsiyon ile mümkün olur. Geliştiriciler, yağ moleküllerine su enjekte ederek çeşninin yağ yüzdesini daha da azaltabileceklerine inanıyor. Nestle bu işlemi, donmuş reyon ürünlerinde eşit çözdürme deneyimi sağlamak için kullanıyor. Göze hitap etme açısından, yoğurt ve hindistan cevizi parçacıkları, olabildiğince canlı beyaz görünmek için titanyum dioksit kullanılır.

Tat, görünüm ve doku, nanoteknolojinin gıda sektöründeki tek uygulaması değil. Nanosensörler ve nano-gümüş gibi antimikrobiyal etkinleştiricilerle donatılan “akıllı” ambalajlar, raf ömrünü uzatmak, gıda güvenliğini artırmak, kontamine veya bozulmuş ürünleri belirtmek, ambalaj yırtıklarını onarmak ve hatta gıda ürünleri ambalajın içindeyken koruyucuları açığa çıkarmak için üretiliyor.

Nanoteknoloji uygulamaları ℹ️

Alan Nanoteknoloji uygulaması
Tıp bilimi İlaç teslimi, Görüntüleme araçları ve ekipmanları, Doku mühendisliği, Gen tedavisi, Yara tedavisi
Tekstil Anti-bakteriyel, leke tutmaz, kırışmaz, tüylenmeyen tekstil ürünleri
Malzeme bilimi Hafif zırhlar, görünmeyen materyaller, aşınmaya dayanıklı kaplamalar, korozyon önleyici boyalar, maskeler
Cihazlar Glikoz sensörleri, lityum iyon piller, güneş panelleri, yüksek verimli sensörler, ince filmler
Spor Hafif raket, hokey sopası, bisiklet vb.
Çevre koruma Su ve hava arıtma membranları, zararlı kimyasallar, denize yayılan petrolün tespit edilmesi

Dünyada nanoteknoloji: Nanoteknolojide en gelişmiş 5 ülke ?

Amerika, Japonya ve Güney Kore, nanomalzemelerin ve bunlarla ilişkili kullanımların geliştirilmesi söz konusu olduğunda mümkün olanın sınırlarını zorlayan nanoteknoloji araştırmalarında en gelişmiş ülkelerden birkaçı. İşte Dünyada nanoteknoloji çalışmalarında önde gelen ülkeler:

1️⃣ Amerika

Amerika, nanoteknolojinin gelişimine yatırım yapma ve geliştirme konusunda uzun bir geçmişe sahip. ABD, son derece gelişmiş araştırma ve geliştirme altyapısı, büyük ve yenilikçi özel sektör ve akademi, endüstri, hükümet arasında güçlü işbirliği dahil olmak üzere, bu alanda bir dizi önemli güce sahip. ABD hükümeti, 2001 yılında birden fazla federal kurum arasında nanoteknoloji araştırma ve geliştirmeyi koordine etmek ve finanse etmek için kurulan Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NNI) gibi girişimler aracılığıyla nanoteknolojinin gelişimini desteklemede önemli bir rol oynadı.

Amerika, teknolojinin diğer birçok alanında olduğu gibi, küresel sorumluluğu yönetiyor ve nanoteknoloji alanındaki gelecekteki gelişmelerin kilit itici gücü olacak.

2️⃣ Japonya

Nanomalzemeler, nanoelektronik ve nanofotonik gibi alanlara odaklanan, nanoteknoloji alanında güçlü bir varlığa sahip olan Canon da dahil olmak üzere, nanoteknoloji alanında faaliyet gösteren bir dizi Japon şirketi var. Otomobil üreticisi Toyota ayrıca nanoteknolojiye, özellikle de gelişmiş malzemelerin ve enerji tasarruflu teknolojilerin geliştirilmesine önemli yatırımlar yaptı. Alanında diğer önde gelen Japon şirketleri arasında Hitachi, Toshiba, NEC ve Fujitsu bulunmakta.

3️⃣ Güney Kore

Güney Kore’de nanoteknoloji araştırmalarıyla aktif olarak ilgilenen bir dizi üst düzey üniversite ve araştırma enstitüsü var. Güney Kore, bu alanda akademi, endüstri ve hükümet arasında güçlü bir işbirliği geçmişine sahip. Güney Kore hükümetinin ayrıca Ulusal Nanoteknoloji Ar-Ge Programı ve Ulusal Nanoteknoloji Koordinasyon Merkezi gibi girişimler aracılığıyla nanoteknolojinin geliştirilmesine büyük yatırımlar yaptığı biliniyor. Güney Kore, küresel nanoteknoloji topluluğunda önemli bir oyuncu.

4️⃣ İngiltere

İngiltere, nanoteknoloji alanında öncü araştırmalar yürüten bir dizi üniversite ve araştırma enstitüsüyle birlikte güçlü bir araştırma ve geliştirme temeline sahip. İngiltere hükümeti ayrıca Nanoteknoloji Bilgi Aktarım Ağı (NanoKTN) ve Ulusal Nanoteknoloji Merkezi (NNC) gibi girişimler aracılığıyla nanoteknolojinin geliştirilmesine yatırım yaptı.

İngiltere, nanomalzemeler, nanoelektronik ve nanotıp gibi alanlarda uzmanlık da dahil olmak üzere nanoteknolojide bir dizi önemli güce sahip. İngiltere, bu alanlarda bir dizi önde gelen şirkete ev sahipliği yapmakta ve endüstri, akademi ve diğer araştırma kurumlarıyla da güçlü işbirliği içerisinde.

5️⃣ Fransa

Fransa’da nanoteknoloji alanında araştırma ve geliştirmeyi koordine etmeyi ve teşvik etmeyi amaçlayan ulusal bir araştırma programı olan Ulusal Nanoteknoloji Planı (PNANO) da dahil olmak üzere, nanoteknolojinin gelişimini desteklemek için bir dizi girişim ve program oluşturmuştur. Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi (CNRS), ülkedeki nanoteknoloji araştırma ve geliştirme projelerine fon sağlayan bir devlet kurumudur.

Bu rehber yazıda nanoteknoloji nedir, kullanım alanları nereler, örnekleri ile birlikte detaylıca anlattık. Ayrıca çokça merak edilen Dünyada nanoteknolojik çalışmalar yürüten ülkeleri listeledik.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir