BİLİMLERİN BULUŞMA NOKTASI: NANOTEKNOLOJİYE KISA BİR BAKIŞ Prof. Dr. Necdet Sağlam* Ezgi Emül, PhD.* *Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı, Beytepe, Ankara Giriş İnsanların asırlar boyu devam eden üstünlük yarışları, doğayı anlama ve refah seviyelerini artırma çabaları neticesinde sanayi çağını ve bilimin doğuşunu başlatmıştır [1]. Bilim doğada meydana gelen olayların nedenlerini, birbirleriyle olan bağlantılarını bulur, onları genelleştirir, kuramsallaştırır ve bu kuramsal bilgi yardımı ile sonradan meydana gelecek olayların nasıl ve ne zaman meydana geleceğini saptar. Günümüz bilim ve teknoloji dünyasında o kadar hızlı gelişmeler ve yenilikler yaşanmaktadır ki, ülkeler için bu gelişmelere ayak uydurmak için birbirleriyle kıyasıya yarış içindedirler [1]. Bilim; genel anlamda evrenin ve olayların davranışlarını deneysel ve gözlemsel uygulamalarla yasalar biçiminde düzenleyerek açıklamaya çalışan bilgiler bütünü olarak tanımlanabilir. İnsan için yaşamın başlamasından itibaren çevresinde olup bitenleri anlama merakının başlaması ile doğan bilimin; özellikle doğa ile ilgili beklenti ve meraklarımızı sorgulayan bir faaliyet olarak da tanımlanması mümkündür [1]. Teknoloji; Yunanca, tekhne (sanat, zanaat) ve logos (bilgi, söz, sözcük) sözcüklerinden oluşmakta ve bilgiden gelen zanaat anlamını taşımaktaydı. Zaman içinde bu terim; bilimsel araştırmaların sonuçlarıyla ortaya çıkan bilgileri insanlık yararına hizmet edecek şekilde hizmete dönüştüren her türlü araç, yöntem ve süreçlerin bütünü olarak anlam kazanmıştır [1]. Bilim ve teknoloji tarihine bakıldığında, bilim ve teknolojinin tek bir ulusun malı olmadığı ve tüm insanlığın mirası olduğu açıkça görülebilir. Ayrıca başlangıçta doğru olarak bilinen birçok bilimsel varsayımın, kuralların, görüşlerin zamanla nasıl değiştiğini, geçirdiği yenilenme aşamalarını da görmemize olanak sağlar [1]. Pozitif bilginin kazanılması ve insanoğlu gelişiminin açıklanması için yazılı bilim tarihinin Mısır, Mezopotamya, Hindistan ve Çin gibi eski kültürlere kadar dayandığını bilmek gerekir [2]. Ancak bu tarihsel bilgilerden elde edilen sonuçlarla şimdiki bilim ve teknolojik 1
gelişmelere ışık tutulabilmesi mümkündür. Matematik, astronomi, fizik ve tıbbın temel basamaklarını bu eski medeniyetlere borçlu olduğumuz; büyük filozofların ve bilim adamlarının görüşleri ve kuramlarıyla günümüz biliminin temellerinin atılması, bu kavramın nesiller boyu aktarılmasının önemi hususunda kritik bir niteliğe sahiptir [1]. Günümüzde bilim ve teknoloji artık beraber anılmaya ve daha bütün olarak algılanmaya başlanmıştır. Bilimsel ve teknolojik araştırmalar, yeni buluşlara ulaşmak ve oluşturulan teknolojiyle sanayiye aktarmak konusunda önemli bir yapı taşı niteliğindedir. Bu çalışmalarla ulaşılan bilgilerin çok hızlı üretilmesi ve yayılması ile Dünya, her geçen sene pek çok ilerlemeye ev sahipliği yapmaktadır. Özellikle yenilenebilir enerji, lazer, optik, fiber, genetik mühendislik, tıp, nanoteknoloji gibi alanlarda pek çok farklı bakış açısı geliştirilmiş ve olanaklar sağlanmıştır [1]. ULAKBİM in 2010-2015 verilerine göre Dünya da toplam 13.624.437 adet yayın yapılmış ve bu yayınlara 64.858.577 adet atıf yapılmıştır. 2010 yılındaki toplam yayın sayısı 2.098.695 iken, bu sayı 2014 yılında %14.86 artışla 2.410.492 ye ulaşmıştır [3]. Tıbbi bilimler 4.957.401 adet yayınla en çok yayın üretilen alanlarda başı çekmektedir. Tablo 1 de görüldüğü gibi bu sırayı Temel Bilimler (4.131.504 yayın), Mühendislik (3.633.653 yayın) ve Sosyal Bilimler (2.567.950 yayın) izlemektedir. Temel bilimler alanında en çok yayının Uygulamalı Fizik, Kimya, Ortak disiplinler, Fizikokimya, Optik ve Çevre Bilimleri alanlarında olduğu saptanmıştır. Tablo 1. Dünyada En Çok Yayın Yapılan Temel Bilim Dalları [3] Tablo 2 de 2010-2015 döneminde en çok yayın üreten ülkelerin ABD (3.660.831), Çin (1.678.221) ve İngiltere (904.456) olduğu görülmektedir. Türkiye bu dönemde 204.216 yayınla 18. sırada yer almıştır. Tablo 2. 2010-2015 Döneminde En Çok Yayın Üreten Ülkeler [3] 2
Türkiye nin daha çok Tıbbi Bilimler (~%40), Temel Bilimler (~%30) ve Mühendislik (~%30) alanlarında yayın çıkardığı belirlenmiştir. Bunları sırayla; Sosyal Bilimler, Ziraat Bilimi, Diş Hekimliği, Farmakoloji/Eczacılık ve Veterinerlik takip etmektedir [3]. Nanobilim ve Nanoteknoloji Nanoteknoloji; insanlığın temel sorunlarından olan ve artan nüfusa bağlı olarak gün geçtikçe kendini hissettiren besin ve enerji yetersizliği ve çevre sorunları ile sağlık alanındaki sorunlara çözüm aramada diğer bilim dalları ile çalışma halinde olan ve 1980 lerden itibaren kendini hissettiren bir bilim dalıdır. Bu multidisipliner bilim dalı, tıp ve biyomedikal uygulamalarda, nanomateryallerin çevre dostu üretiminde, çevre kirliliğin kontrolünde, kozmetik, optik, tekstil, elektronik vb. gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Üretilen nanomateryallerin ve nanosistemlerin kullanışlı, biyouyumlu, biyoparçalanabilir ve toksik olmaması vb. gibi özellikleri nedeniyle nanotıp, nanoteknolojinin bu biyomedikal yanının avantajlarını açıkça ifade etmektedir. Ayrıca, nanotıp kavramı, mühendislik kullanılarak üretilen nanocihazlar ve nanomateryallerle, moleküler seviyede insan biyolojisinin kontrolü, onarımı, görüntülenmesi ve tasarımı olarak da tanımlanmaktadır [4]. 3
İnsan vücudundaki pek çok biyolojik bileşen nanometre boyutunda olduğundan, nanoboyutlu partiküller ve malzemeler doğal bariyerleri kolayca aşarak hayati moleküllere, hücre içi biyomoleküllere (genoma, mitokondriye vb.) organlara, dokulara, hücrelere ve nihayetinde organizmaya ulaşmaktadır. Nanoboyutta, geniş yüzey-hacim oranı gibi yüzey özellikleri, materyalin kullanımı açısından önemli bir parametre haline gelmektedir. Bu malzemeleri pek çok farklı yüzey modifikasyon yöntemiyle fonksiyonel hale getirmek, nanoyapıyı daha biyouyumlu yapmakta ve yapının istenilen hedefe daha spesifik olmasına yol açmaktadır. Bu nedenle üretilen nanomateryaller, nanocihazler ve nanosistemler; nanobilimin, medikal uygulamalar için en popüler ve yenilikçi yaklaşımlardan biri olmasını sağlamıştır [4]. Nanobilim ve nanoteknolojik gelişmeler, günümüzün doğayı anlama ve bundan esinlenerek yeni malzemeler ve metotlar geliştirme olanağı sağlamaktadır. Teknoloji, genel olarak insan yaşamı için gerekli olan mal ve hizmet üretimi olarak tanımlanabilir, buna bağlı olarak nanoteknoloji, yine bu amaç için malzemeleri, sistemleri ve hatta cihazları manipüle ederek, onları yarar sağlayacak şekle getirme sanatıdır. Malzemelerin nano boyuta indirgendiğinde gösterdiği fiziksel ve kimyasal değişimler, onları istenilen halde ve uygulamada kullanımları için cazip kılmaktadır. Nanodünya, 1959 yılında Fizik dalında Nobel Ödül sahibi Richard Feynman ın bir kongrede Aşağıda daha çok yer var fikrini sunmasıyla geniş kitlelerce tanınmıştır. Feynman bu deyişiyle, hücrelerin mükemmel uyumunu ve bu görevde senkronize çalışma yeteneklerini gösteren organelleri ve biyomolekülleri kastetmiştir. Yine bunları görmek, hissetmek, anlamak ve bununla ilgili araç ve gerece sahip olmakla; kimyada, biyolojide ve biyokimyada görülen birçok sorunun üstesinden gelinebileceğini vurgulamıştır. İlk nanoteknoloji kavramı ise Amerika Birleşik Devletleri nden K. Eric Drexler tarafından ortaya atılmıştır. Drexler; 1986 yılında biyolojik sistemlerden yararlanılarak moleküler seviyede cihazlar yapılabileceğini belirtmiş ve bu tezini de yayınladığı Yaratma fabrikaları: Nanoteknoloji Devri isimli kitabıyla duyurmuştur. Bu dünya, o zamandan beri halen çalışılmakta olan ve güncelliğini koruyan, günümüzde de oldukça popüler bir yere sahip olan bir olanaklar dünyasıdır [4]. Nanometre boyutunda, geleneksel fizik kuralları yerine kuantum fizik kurallarının işlemesiyle, malzemeler yığın haldekinden çok farklı özellikler kazanırlar. (1) Atomların geometrik yapılarının ve dizilişlerinin maddenin özelliklerini etkilemesi bunun temel nedenidir. Bu şekilde elde edilen nanoteknoloji alanındaki bilim ve teknolojik gelişmeler; malzeme bilimi, havacılık ve uzay, elektronik, tıp ve sağlık, enerji, biyoteknoloji, bilgi teknolojileri ve savunma sektörleri gibi çeşitli alanlarda çığır açacak noktaya gelmiştir. 4
Nanoteknolojinin asıl amacı; malzemelerin kontrollü bir biçimde üretilerek yaşam kalitesinin ve verimli kaynak kullanımının artırılması olarak özetlenebilir [4]. Nanobilim ve Nanoteknolojide Türkiye Türkiye de de her ne kadar nanoteknoloji alanında yapılan çalışmalar son yıllarda popüler hale geldiyse de, 2015 yılı ve 2016 yılının ilk yedi ayı için tüm dünyada nanoteknoloji hakkında yayımlanan makale sayılarına bakıldığında; Türkiye, 2016 Temmuz ayında toplam 1240 yayınıyla, ilk beş ülkenin verildiği Tablo 3 te 20. sırada yer almaktadır. Türkiye nin 2015 yılı için Mayıs-Ekim ayları arasındaki yayın istatistikleri de Şekil 1 de verilmiştir. Tablo 3. Ülkelere Göre Nanoteknoloji Alanında Yapılan ISI İndeksli Yayın Sayıları [5] 2015 Temmuz 2016 Çin 47519 27193 ABD 23710 12402 Hindistan 10712 6312 Güney Kore 8837 4711 Almanya 8206 4476 6 6 3 2 1 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 HAZİRAN Şekil 1. Türkiye için Nanoteknoloji Alanında Yapılan Yayın Sayıları [5] Patent tablosuna bakıldığında ise, ilk beş ülkenin verildiği Tablo 4 te; Türkiye, Haziran 2016 da alınan altı adet patentle listenin 22. sırasında yer almaktadır. Türkiye nin nanoteknoloji alanındaki patent durumu ise ayrıntılı olarak Şekil 2 de verilmiştir [4]. 5
Tablo 4. Ülkelere Göre Nanoteknoloji ile İlgili Alınan Patent Sayıları [5] 2015 Haziran 2016 ABD 421 268 Almanya 229 125 Japonya 131 87 Fransa 152 83 Güney Kore 52 48 6 6 3 2 1 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 HAZİRAN Şekil 2. Türkiye nin Nanoteknoloji Alanında Aldığı Patent Sayıları [5] Bu verilere bakıldığında, yayın ve patent sayılarının diğer ülkelere göre çok düşük olması Türkiye nin gerek patent gerekse yayın sayısında istenen seviyelerde olmadığını ifade etmektedir. Bu durum, Vizyon 2023 Strateji Belgesi nde yer alan, nanofabrikasyon, nanofotonik, nanoelektronik, nanomanyetizma, nanokarakterizasyon, nanomalzeme, nanobiyoteknoloji gibi öncelikli nanoteknoloji alt konularına bakıldığında ciddi bir geride kalma durumunun söz konusu olduğu göstermektedir [6]. Ancak, yıllara göre yayın sayılarındaki artış, umut vaat edici niteliktedir. Bu olumlu gelişmelere karşın, bu bilimsel faaliyetlerin sadece laboratuvarlarda, araştırma merkezlerinde kalmayıp, patentlerle desteklenmesi gerektiği gerçeği de ortaya çıkmaktadır [4]. Bu bilim dalının eğitim-öğretim ve araştırma yönünden bakılacak olursa; gerek Türkiye nin bu bilim dalında yeni atılımlarda bulunması, gerekse Dünya çapında bugüne kadar yapılan araştırmalara vakıf olma yönü de göz önünde bulundurulduğunda ve nanoteknolojik çalışmaların multidisipliner doğası nedeniyle, bu bilim dalının lisans 6
seviyesinde eğitiminin (gerek eğitimsel, gerek araştırma, gerekse de mesleki unvan belirlenmesinde sıkıntılar doğuracağından) sağlıklı olmayacağı, lisansüstü seviyede olmasının gerekliliği açıktır. Çünkü fenden sosyal alanlara, tıptan arkeolojiye vb. farklı bilim dallarının ortak noktasında bulunan nanoteknoloji bilim dalının; sözü edilen bölümlerden lisans eğitimi almış gençlerin, kendi alanlarından da bilgilerini konuşturmaları ve bu bilim dalına farklı bakış açıları getirmeleri ile gelişmesi mümkündür. Böylece nanoteknoloji; ülkemizin 2023 ve daha sonraki yıllardaki ihtiyacı olan ve kalkınma planlarında öncelikli alanlarda yer alması hasebiyle, akademik ve endüstriyel boyutta ülkemizin adını gerek ulusal gerekse de uluslararası boyuta taşıyacak donanımlı ve nitelikli araştırıcı, akademisyen vb. mesleki becerisi yüksek gençlerin yetişmesine yeni bir alan olarak katkı sağlayacaktır. Bu hedef doğrultusunda, nanoteknoloji bilim dalının Türkiye nin önceliklerinde yer alma zorunluluğu göz önünde bulundurularak her türlü desteğin verilmesi gerekmektedir. KAYNAKLAR 1. Yörükoğulları E., Orhun Ö., Topdemir H.G., İhsanoğlu E., Bilim ve Teknoloji Tarihi, Ed.: Ertuğrul Yörükoğulları, Ekmeleddin İhsanoğlu, Anadolu Üniversitesi Açıköğretim Fakültesi Yayını, 1. Baskı, Eskişehir, Ocak 2013. 2. Sarton G., Bilim Tarihi, Çev: Remzi Demir, Felsefe Dünyası, Sayı:11, Mart 1994. 3. ULAKBİM Dünya, Ülkeler ve Gruplar Bilimsel Yayın Sayısı (2010-2015) http://cabim.ulakbim.gov.tr/bibliyometrik-analiz/turkiye-bilimsel-yayin-performansraporlari/ 4. Sağlam N., Emul E., Nanotıpta Yeni Gelişmeler In: TOTEK Ortopedi ve Travmatoloji Temel Bilimler ve Araştırma Kitabı. Ed: Feza Korkusuz, Ankara; 2016. p.17-25. 5. StatNano.com [Internet]. Iran Nanotechnology Initiative Council (INIC). c2010 [updated 2016 June] Available from: http://statnano.com. 6. Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK). Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları 2003-2023 Strateji Belgesi. 19 th Ed. 2004 Nov; 1-77. 7