n@nobülten Aylık Nanoteknoloji ve Nanotıp Bilim Dergisi - Sayı Eylül 2011 - www.nanott.hacettepe.edu.tr
n@nobülten 14 EYLÜL 2011 4 Editörden Prof. Dr. Emir Baki Denkbaş 5 Akademik Takvim 6 Etkinlikler Arş. Gör. Ebru Erdal 10 Nanofiberler Arş. Gör. Soner Çakmak Yüzey Yükü ve Doku Penetrasyonu: +?- 20 Arş. Gör. Gamze Tan 22 Haberler Arş. Gör. Tayfun Vural 24 Haberler Arş. Gör. Zeynep Karahaliloğlu 29 Haberler Arş. Gör. Ilgım Göktürk 31 Yayınlar Arş. Gör. Tamer Çırak 2 EYLÜL 2011
n@nobülten N@nobülten elektronik dergisinin tüm hakları Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı na aittir. 2007 yılının Kasım ayında yayın hayatına başlayan dergide temel olarak nanobilim, nanoteknoloji ve nanotıp alanları ile ilgili akademik, sosyal ve endüstriyel alanlarında yaşanan gelişmeler siz değerli okurlarımız ile paylaşılmaya çalışılmaktadır. n@nobülten ile ilgili öneri ve şikayetlerinizi denkbas@hacettepe.edu.tr adresine mail ile iletebilirsiniz. HAKKIMIZDA Bu e-dergi Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı tarafından süresiz olarak yayımlanmaktadır. Ücretsizdir. Editör Prof. Dr. Emir Baki Denkbaş Yayın ve Tasarım Sorumlusu Arş. Gör. Tamer Çırak Yazarlar Dr. Eylem Öztürk Güven Dr. Mesut Şam Tamer Çırak Cem Bayram Ebru Erdal Zeynep Karahaliloğlu Betül Bozdoğan Pala Soner Çakmak Ilgım Göktürk Gülsu Şener Tayfun Vural Ferhat Kadir Pala İletişim Hacettepe Üniversitesi - Fen Bilimleri Enstitüsü Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Beytepe - 06800 - Ankara 297 NANO N@nobülten 14 3
EDİTÖRDEN Değerli Hacettepeliler ve Tüm Bilimseverler, Eylül ayına girdiğimiz şu günlerde Anabilim Dalımızın elektronik dergisi N@nobülten in 14. sayısıyla sizlerle birlikte olmaktan büyük mutluluk duymaktayız. Bu vesileyle her zaman olduğu gibi nanoteknoloji ve nanotıp alanlarında birçok haber, gelişme ve bilgiyi de sizlerle paylaşmaktan gurur duyuyoruz. Bültenimizin bu sayısında da her zaman oloduğu gibi gerek Anabilim Dalımız ve gerekse ulusal-uluslararası boyutta nanoteknoloji ve nanotıp alanlarındaki gelişmeler, bilimsel toplantı duyuruları, ve Üniversitemiz kaynaklı nanoteknoloji ve nanotıp alanlarındaki güncel yayınlar ile ilgili bilgiler yer almaktadır. Bu sayımızda ayrıca farklı başlıklar altında derlemeye çalıştığımız nanoteknolojinin çalışma alanlarından bir kaçı ile başladığımız bir yazı dizisini de dergimizde bulabilirsiniz. Bu yazı dizisi altında temelden gelişmiş düzeye kadar farklılıklar gösteren bilgilendirme amaçlı yazıları bulacaksınız. Ve yine her zaman olduğu gibi bültenimizin sizlerin değerli katkı ve destekleriyle gelişerek daha ileriye, en iyiye doğru ilerlemesini umut ve temenni ediyoruz... Saygılarımızla Prof. Dr. Emir Baki Denkbaş Hacettepe Üniversitesi Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Başkanı 4 EYLÜL 2011
Öğretim Üyeleri, Danışmanlar ve Yönetim Dersler ve Sınavlar Program Kayıtları Yeni Başvurular HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AKADEMİK TAKVİM 2011-2012 GÜZ YARIYILI Doktora ve Yüksek Lisans Programlarına başvuruların kabul edilmesi 01-24 Haziran 2011 Mülakatların yapılması 06-07-08 Temmuz 2011 Doktora ve Yüksek Lisans Programlarına kabul edilenlerin duyurulması 15 Temmuz 2011 Yeni öğrenci kayıtlarının yapılması 18 Temmuz - 27 Eylül 2011 Ders programlarının yapılması, öğrenci katkı paylarının yatırılması 28-29-30 Eylül 2011 Özel Öğrenci Başvuruları 03-04-05 Ekim 2011 Ders ekleme-bırakma günleri 19-20-21 Ekim 2011 AKADEMİK TAKVİM Ders Dönemi 03 Ekim 2011-08 Ocak 2012 Güz yarıyılı genel sınavları 09-22 Ocak 2012 2010-2011 Güz yarıyıl sonunda tez/savunma sınavına girecek öğrencilerin jüri tekliflerinin Enstitüye gönderilmesinin son günü 16 Ocak 2012 Güz yarıyılı genel sınav sonuçlarının sisteme işlenmesinin son günü 27 Ocak 2012 2010-2011 Bahar yarıyıl sonunda bitirilen tezlerin ve tez savunma tutanaklarının Enstitüye gönderilmesinin son günü 30 Ocak 2012 E notlarının kesin sınav notlarına dönüştürülmesinin son günü 27 Şubat 2012 2011-2012 Bahar yarıyılında özel konular dersini alacak öğrenciler için yüksek lisans tez önerilerinin Enstitüye gönderilmesinin son günü 06 Şubat 2012 N@nobülten 14 5
Arş. Gör. Ebru Erdal Nanoteknoloji ve Nanotıp - Doktora ETKİNLİKLER Etkinliğin İsmi: Avrupa Biyoteknoloji Kongresi Tarih: 28 Eylül - 1 Ekim 2011 Yer: Harbiye Askeri Lisesi, İstanbul Web Sitesi: http://www.eurobiotech2011.eu/index.php Avrupa Biyoteknoloji Kongresi, 28 Eylül- 1 Ekim 2011 tarihleri arasında Harbiye Askeri Müzesi, İstanbul da gerçekleştirilecektir. European Biotechnology Thematic Network Association tarafından düzenlenen kongreye, Türk Tıbbi Genetik Derneği destek vermektedir. Biyoteknoloji birçok bilim tarafından kullanıldığından dolayı, kongrenin amacı biyoteknoloji alanında kullanılan yeni teknolojileri paylaşmak ve tartışmak, batı ve doğu ülkeleri arasında işbirliği yapmak ve biyoteknoloji alanındaki araştırmaları geliştirmektir. Bilimsel program, birbirimizle tecrübelerimizi paylaşma şansı sağlayacak, sanayi ile ilgili oturumlar, sempozyum, poster sunumları ve uydu sempozyumları içerir. Gıda, beslenme konularında çağımız teknolojilerini aktaran konulara yer verilmiştir. Aynı zamanda; Elektrospin yöntemi ile nano boyuttta yapıların hazırlanması, Nanobiosensör, Nanoteknolojinin biyolojik uygulamaları ile ilgili de sunum ve çalışmalara yer verilecektir. Katılım Türü 1 Nisan 2011 den önce 1 Nisan 2011 den sonra Tek Gün Katılım Katılımcı 250 375 150 Öğrenci 150 225 105 Refakat 50 75 40 Gala Yemeği 85 85 85 6 EYLÜL 2011
Etkinliğin İsmi: Nanoteknolojide Trendler 2011 Tarih: 21-25 Kasım 2011 Yer: Tenerife-Kanarya Adaları, İspanya Web sitesi: http://www.tntconf.org/2011/index.php?conf=11 ETKİNLİKLER 21-25 Kasım 2011 tarihleri arasında İspanya da Tenerife-Canary Adalarında yapılacak olan Kongre kapsamında; Son zamanların en önemli konularından biri olan Nanoteknoloji ve bu konuda yapılan son araştırmalar, geliştirilen ürünler ve trendler hakkında sözlü ve poster sunumları yer almaktadır. Bildiri Özetleri İçin Son Teslim Tarihi Sözlü Sunum İçin Özet Bildirimi 10 Ekim 2011 Özet Kabul Tarihi 17 Ekim 2011 Erken Kayıt 31 Ekim 2011 Poster Sunum İçin Özet Bildirimi 14 Kasım 2011 Kongre konuları; Karbon Nanotüple ve elektrik alanındaki uygulamaları Nanowire, cluster, quantum dot Nanobiyoteknoloji NanoKimya Nanomanyetizma Nanooptik ve Nanofotonik Nanopartikül bazlı materyaller Nanotoksikoloji, Nanoyapıların riski ve Etik Nanoboyuttaki yapıların fabrikasyonu N@nobülten 14 7
ETKİNLİKLER Etkinliğin İsmi: Nanomaterials Conference 2011 Tarih: 28 Kasım - 2 Aralık 2011 Yer: Meksika Web sitesi: http://zingconferences.com/index.cfm? page=conference&intconferenceid=62 28 Kasım-2 Aralık 2011 tarihleri arasında Meksika da düzenlenecek olan konferansda özellikle Nanomateryallerin Sentez, Karakterizasyon, Modelleme ve Uygulamalarına yer verilecektir. Son Başvuru Tarihi; 28 Eylül 2011 Öğrenci 1280 $ Katılımcı 800 $ Düzenleme Kurulu B. A. Korgel (University of Texas at Austin) Florent Calvo (LASIM, University of Lyon) M. P. Pileni (Université Pierre et Marie CURIE) Nicholas A. Kotov (University of Michigan) Paul Mulvaney (The University of Melbourne) Davetli Konuşmacılar Kenji Yamamoto (ICRC, Research Institute of International Center Japan) Amanda Ellis (Flinders University) Clemens Burda (Case Western Reserve University) Dmitri Talapin (The University of Chicago) Erwann Guénin (University Paris 13) Jay Nadeau (McGill University ) 8 EYLÜL 2011
Etkinliğin İsmi: 15. EUROPEANCONGRESS ON BIOTECHNOLOGY Tarih: 23-26 Eylül 2011 Yer: İstanbul Web sitesi: http://www.ecb15.org/ ETKİNLİKLER European Federation of Biotechnology ve Biyoteknoloji Derneği işbirliği ile 23 26 Eylül 2011 tarihleri arasında İstanbulda gerçekleştirilecek olan kongrede sağlık, tıp, endüstriyel biyoteknoloji, bitki biyoteknolojisi, çevre biyoteknolojisi, sistem biyolojisi ve teknoloji konuları işlenecek. 1000 in üzerinde katılımcının gelmesi beklenen kongrenin katılım ücreti öğrenciler için 290 diğer akademisyenler için 490 olarak belirlenmiştir. Etkinliğin İsmi: EUROPEAN SOCIETHY OF GENE & CELL THERAPHY XIXTH ANNUAL CONGRESS Tarih: 27-31 Ekim 2011 Yer: Brighton, İngiltere Web Sitesi:http://www.esgct.eu/congress/2011/default.aspx Avrupa gen ve hücre terapisi derneği tarafından gerçekleştirilecek olan gen ve hücre terapisi kongresi 27-31 Ekim 2011 tarihleri arasında İngiltere de gerçekleştirilecektir. Kongre konu başlıkları arasında kanser, kardiovasküler bilimler, genetik, immünoloji, viral-nonviral vektörler, kök hücre teknolojisi vb. konular bulunmaktadır. Kongre kayıt ücreti ve makale göndermek için gerekli tarihler daha sonra kongre web sitesi üzerinden yayınlanacaktır. N@nobülten 14 9
Arş. Gör. Soner Çakmak Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Doktora NANOFİBERLER Elektroeğrilmiş Nanofiberlerin Uygulama Alanları Elektroeğirme yöntemi ile oluşturulabilecek malzemelerde kullanılan polimer çeşidinin çok fazla oluşu, çok çeşitli malzeme üretimine olanak sağlar. Bunun sonucu olarak bu yöntem ile üretilmiş nanofiberlerin kullanım alanı da oldukça geniş olacaktır. Ayrıca, nanofiberlerden oluşturulan yapıların, birim ağırlıkta sağlanan yüksek alan özelliği, yumuşak tutumu, iyi mukavemet/birim ağırlık özelliği ve mikroorganizmalar ile ince parçacıklara bariyer oluşturması gibi özellikleri, nanofiberlerin birçok alanda kullanılmasının başlıca sebepleridir. Bu avantajlar, nanofiberlerin birçok endüstri alanına rahatlıkla girmesine ve kendisine potansiyel kullanım alanı sağlamasına izin vermektedir. Nanofiberlerin endüstriyel üretimi üzerine çalışmaların ve buna verilen önemin artmasının yanında, daha önemli bir nokta kullanım alanlarının araştırılıp tespit edilmesidir. Tekstil ve nanoteknoloji alanlarında yaşanan gelişmelere paralel olarak günümüzdeki giysiler yeni fonksiyonlar kazanmıştır. Bu fonksiyonların içinde hem nanofiber kullanılarak kazandırılan özellikler hem de diğer nano uygulamalarla kazandırılan özellikler birlikte tartışılmaktadır. 1. Nanofiberlerin Kompozit Uygulamaları Nanofiber teknolojisinin oldukça küçük ve hafif ürünler oluşturabilmesi, kompozit endüstrisinde yaygın kullanımına olanak sağlamaktadır. Bu güçlendirmelerle kompozitler; Yüksek elastiklik modülü, ve Mukavemet/ağırlık oranı gibi önemli özellikler kazanırlar. Nanofiberler bazı malzemelerin mikro fiberlerinden daha iyi mekanik özellikler gösterir ve bu da kompozitlerde süper yapısal özellikleri artırır. Bunun yanında nanofiberle güçlendirilmiş kompozitler geleneksel mikrofiberli kompozitelerde görülmeyen artı bazı niteliklere sahiptir. Mesela matris ile lif arasındaki yansıma indekslerinde bir fark var ise, oluşan kompozitte ışık dağılması yüzünden saydam olmayan bir yapı olur. Fakat bu sınırlamadan görünen ışığın dalga boyundan daha küçük çaplı lifler kullanılarak kaçınılabilir. 10 EYLÜL 2011
2. Filtrasyon Uygulamaları Filtrasyon pazarının 2020'de 700 milyar ABD Dolar ına çıkması beklenmektedir. Filtrasyon için kullanılan fibrilli materyallerin avantajları yüksek filtrasyon verimlilikleri, düşük hava dirençleridir. Filtrasyon verimliliği fiber inceliği ile yakından alakalıdır ve bu özellik filtre performansını belirleyen en önemli özelliktir. NANOFİBERLER Şekil 1. (a) ultrafiltrasyon uygulamaları için 3 katlı membran yaklaşımı, (b) 3 katlı membran modelinin şematik gösterimi, (c) üretilen membranın taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri, (d) en üst kat kitosan kaplamanın SEM görüntüsü. Yüksek yüzey alanı ve gözenekli yapısı sayesinde nanofiberlerden oluşturulmuş dokusuz yüzeylerin filtrasyon için kullanılması birçok yenilik ve avantaj sağlamakta olup bu yüzeyler hava, su, kan gibi akışkanlardan, 1 mikrondan küçük parçacıkların filtrelenmesine olanak sağlamaktadır. İnce partiküller (<0.3μm boyutunda olanlar) nanofiber yapılarında kolaylıkla tutulabilirler ve filtrasyon verimliliğini geliştirebilirler. Nanofiberler ile elde edilen kumaşlar yapısı 100 nm den daha küçük parçacıkları veya damlacıkları sıvıdan veya gazlardan uzaklaştırılabilir. Bu da nanofiberlerin filtrasyon amaçlı kullanımını sağlar. N@nobülten 14 11
NANOFİBERLER Nanofiber uygulamaları uzun filtre ömrü ve yüksek tutuş kapasitesi nedeniyle tercih edilmektedir. Azalan lif çapı filtreyi daha dolgun hale getireceğinden akışa karsı koyan çarpma ataletleri ve engel olma isteği artacak, bu yüzden partiküller daha sık yakalanacaktır. Endüstride bütün filtre yapıları temiz hava sağlamak için kullanılır. Bu filtre yapılarının yaklaşık 0,5 μm boyutunda yağ parçacıklarını tutması gerekir. Elektro eğirme yöntemi ile mikrondan daha küçük çapa sahip olan lifler elde edildiği için bu parçacıkların uzaklaştırılması kolaydır. Yakın zamandaki bir Amerikan patenti, nanofiberli örülmemiş bir tabaka ve taşıyıcı malzeme tabakasından oluşan çok tabakalı bir toz filtreleme çantasının icadını duyurmuştur. Yine nanofiberlerin kullanıldığı ve maden araçlarının hava filtrelemesinde kullanılan bir filtre malzeme kabini yapılmıştır. Polimer nanofiberleri elektrostatik olarak yüklenebildiği için filtreleme verimini artırmak için basınç farkında bir artma olmadan parçacıklar elektrostatik çekim ile tutulurlar. Bu bağlamda elektro üretim tekniği tek basamakta hem nanofiber üretir hem de liflerin elektrostatik olarak yüklenmesini sağlar. Filtrasyonda geleneksel amaçların dışında nanofiber membranlar kullanılarak özellikle özel polimerlerin kullanılmasıyla kimyasal ve biyolojik ajanlara karşı da filtreleme yapılabilir. E-Spin Teknolojileri şirketi, aktifleştirilmiş karbon nanofiberden oluşturulmuş bir prototip üretmiştir. Bu prototipte, poliakrilonitril (PAN) tabanlı nanofiberler elektro üretim yöntemiyle oluşturulmuştur. Daha sonra bu tülbentler sağlamlaştırılmış, karbonize işlemine tabi tutulmuş ve aktifleştirilmiştir. Bu aktifleştirilmiş nanofiberler, hem aerosol hem de kimyasal filtrasyonda mükemmel sonuçlar vermişlerdir. 3. Biyomedikal Uygulamalar Son yayınlara göre, biyoteknoloji ve tıptaki nano yapıdaki materyal payının, 2015 yılında 180 milyar Amerikan Dolar ı seviyesinde olacağı tahmin edilmektedir. Biyolojik açıdan insan doku ve organları nanofibrilli yapıda bulunurlar. Kemik, diş, deri ve kıkırdak doku örnek olarak verebilir. Tümü nanometre ölçeğinde lifli yapılardır. Bundan dolayı nanofiberlerin günümüzdeki araştırmaları da onların biyomühendislik alanındaki uygulamaları yönündedir. Araştırmacılar, kan içerisinde bulunan bir bileşimden elyaf oluşturmuşlardır. Bu nano ölçekteki elyaflar, tamamıyla vücut içerisinde çözülebilen bandajlarda ve dikişlerde kullanılmakta olup yaralanma oranını, kan kaybını ve yaradaki enfeksiyon olasılığını düşürmektedir. 12 EYLÜL 2011
Multi-jet elektroeğirme yöntemini kullanarak biyolojik olarak bozunan nanofibrilli örülmemiş tüller polivinilalkol ve selüloz asetat kullanılarak yapılmıştır. Bu tüller filtre ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Bilindiği gibi gümüş iyonu ve gümüş kristalleri yıllardır antimikrobiyal eleman olarak tıpta kullanılmaktadır. Özellikle deri yanmaları gibi vakalarda anti-bakteriyel özellikleri sayesinde kullanılmaktadırlar. Medikal uygulamalarda kullanılmalarının sebeplerinden bir diğeri de gümüş metalinin istikrarlı olması ve insan derisi ile tepkimeye girmemesidir. Ancak, yara sargısı içerisinde nem oluşursa veya yara kanamaya başlarsa gümüş iyonları serbest kalacaktır ve sadece bakteri DNA larını yok etmekle kalmayıp bunun yanında yararlı deri hücrelerinin de ölümüne neden olacaktır. Bu problemi çözebilmek için bir deneme yapılmıştır. Özel bir gümüş kompleksi hazırlanmıştır ve bu gümüş kompleksinden beklenen daha iyi bir iyon salımı ve daha iyi bir bakteriyel yok etme etkisidir. Yapılan deneylerde kompleksin iyi bir bakteriyel yok etme etkisine sahip olduğu gözlenmiştir. Fakat gümüş kompleksinin gümüş iyonunu bırakması çok hızlı olmuş ve ayrılan iyonlar hemen katılaşıp iyi bir iyonlaşma işlemi gerçekleşmesini engellemiştir. Dolayısıyla gümüş kompleksinin tek başına kullanımı pek çok pratik uygulamada mümkün olamamıştır. NANOFİBERLER İyonların gümüş kompleksinden ayrılmasını yavaşlatmak için gümüş kompleksi elektroeğirme ile elde edilen Tecophilic fiberlerle kapsüllenmistir. Tecophilic bir çeşit termoplastik-alifatik poliüretandır ve kendi ağırlığının 1,5 katı kadar nem çekebilme özelliğine sahiptir. Gümüş kompleksi bu polimerin içinde olduğu takdirde polimerin yüksek hidrofil özelliği sayesinde düzgün bir iyonlaşma işlemi gerçekleşecektir. Ayrıca, tecophilic polimeri yara üzerinde sabit bir nem oranı sağlayacak ve yaranın iyileşmesini hızlandıracaktır. Bu amaçla polimer ve gümüş kompleksi etanol içerisinde homojen karışım oluşturacak şekilde çözülmüş ve oluşan karışım elektro üretime tabi tutulup gümüş kompleksi kapsüllenmiş fiberler elde edilmiştir. Fiberler incelendiğinde 20 nm çapında gümüş parçacıklarını içerdikleri görülmüştür. Elde edilen gümüş parçacıklı polimer fiberleri antimikrobiyal testlere tabi tutulmuş ve yaygın olarak kullanılan gümüş-nitrat ve gümüş sülfadiazin (SSD) gibi maddelerle karşılaştırılmıştır. Sonuçlara göre; gümüş kapsülleyen fiberler, gümüş nitrat ve SSD ye nazaran daha iyi bir bakteri yok etme etkisine, çok daha az gümüş metali kullanarak ve daha iyi bir iyon salımı sağlayarak ulaşmışlardır. Nanolifler, biyomedikal alanda tıbbi protezlerde (yapay kan damarlarında, yapay organlar), teletıp malzemelerinde, ilaç transferinde, yara örtü malzemelerinde, cilt bakım ürünlerinde, tıbbi yüz maskelerinde ve doku iskelelerinde kullanılmaktadır. N@nobülten 14 13
NANOFİBERLER 3.1. Tıbbi Protezler Kan damarları gibi yumuşak doku uygulamalarının pek çoğu için elektroeğirme ile üretilen nanofiberler önerilmektedir. Yine biyouyumlu olan nanofiberler sert doku protezi üzerine ince gözenekli film şeklinde yerleştirilirler ve vücut içine implante edilebilirler. Bu kaplama film insan dokusu ile protez aleti arasında bir ara faz olarak çalışır ve doku ile alet arasındaki katılık uyumunu sağlar. 3.2. İlaç Salımı Uygulamaları Polimerik nanofiberlerle ilaç salımının temeli hem ilaç hem de ihtiyaç duyulduğunda taşıyıcı yüzey alanının çoğaltılması ile parçacıkların çözünme hızının arttırılması prensibine dayanır.! Şekil 2. Elektroeğirme yöntemiyle üretilmiş hızlı çözünen ilaç salım membranı. Nanofiber ürünlerin içerisine yerleştirilmiş olan ilaç çeşitli yapılarda bulunabilir: Nanofiber formunda taşıyıcı yüzey üzerine tutunmuş parçacıklar şeklinde olabilir, Hem ilaç hem de taşıyıcı nanofiber formunda olabilir, Her iki bileşeni de içeren fiber çeşidi ile birleştirilmiş ilaç ve taşıyıcı madde karışımları seklinde olabilir, İlaçların içine hapsedildiği tüp formunda taşıyıcı materyaller seklinde olabilir. 14 EYLÜL 2011
3.3. Nanofiberlerin Yara Örtü Malzemesi Olarak Kullanımları Nanofiberler insanın derisindeki yara ve yanıkların tedavisinde de kullanılmaktadır. İnsan yarası akıntı üreten bir yapıya sahip olduğundan, bu tarz fiberlerin gözenekli yapıya sahip olmaları büyük avantaj sağlar. Böyle bir yüzey yaranın kurumasını önlerken, yaranın akan sıvısını dışarı alınmasını ve tabaka altında birikmemesini de sağlar. Bunlara ilaveten, mükemmel oksijen ve hava iletimi, enfeksiyon yapıcı bakterileri engellemesi gibi önemli özelliklere sahiptir. Belli özelliklerle hemostatik aletler için tasarlanabilir. Şekil 3. Yara örtüsü olarak kullanılan nanofiberlerin uygulanması (Electrospreyleme). Elektrik alan yardımıyla biyolojik olarak parçalanabilen polimerlerin ince fiberleri yaralı yüzey üzerine doğrudan spreylenir veya püskürtülür (Şekil 3).Yüzey üzerinde bir fibrilli tabaka oluşturur. Bu da yaraların iyileşmesine yardımcı olur, normal cilt büyümesini geliştirir. Konvansiyonel yöntemle yapılan tedavi sonrasında iz kalırken, bu uygulamadan sonra iz kalmaz. Dokusuz yüzey nanofiber yapılarından yara örtüsü olarak kullanılanların gözenek boyutları 500 nm ve 1 μm arasındadır. Bunlar yarayı bakteri nüfuzuna karşı korur, parçacık yerleşmesini engeller. 5-100 m2/g civarında olan yüksek yüzey alanı değerleri de sıvı emilimi için oldukça verimlidir. Nanofiberlerin inceliğinden! dolayı ağ çok gözenekli ve birim kütlede elde edilen yüzey alanın fazlalığından dolayı ağı gözenekliliğini hesaplamakta önemli iki özelliktir. Böyle sarıcılar oksijen ve su buharının atmosferle yara yüzeyinde değişimi için yeterli gözenekliliği sağlamaktadır. Elektro üretim ile elde edilmiş fiberler direkt olarak insan derisine toplanabilir. NANOFİBERLER Yara örtüsü olarak kullanılan polimerlerin basında kolajen, kitosan, jelatin gelmektedir. Kitin, antibakteriyel ve antiosteroporotik ajan olarak aktiftir. Son zamanlarda Chitomed projesi çerçevesinde, kitinin bir esteri olan, lif ve film olma özelliklerini barındıran, insan vücuduna biyolojik olarak uygunluğu ve organların iyileştirilmesinde desteklendiği bilinen dibütirilkitin (DBC) sentezi geliştirilmiştir. Bu nedenle özellikle derideki yanıklarda DBC polimeri yara örtü malzemesi olarak kullanılmaktadır. DBC polimerinden film eldesi için son kullanılan yöntem olarak elektroeğirme metodu önerilmektedir. N@nobülten 14 15
NANOFİBERLER 3.4. Doku Mühendisliği Uygulamaları Elektroeğirme tekniği ile elde edilmiş nanofiberlerden meydana gelen yüksek gözenekliliğe sahip örülmemiş matrisler üretmek mümkün hale gelmiştir. Yeni bir kemik dokusu gelişimi için gözenek ebatlarının 100 ile 350 nm arasında olması gerektiği ve gözenekliliğin %80-90 seviyelerinde bulunması gerekmektedir. İnsan vücudundaki doğal matrisin biyolojik fonksiyonlarını ve yapısını taklit edebilmek için sentetik matrislerin ve yapı malzemelerinin ideal tasarımı gereklidir. Bu da doku mühendisliği ve biyomalzemelerin uygulama alanına girer. Bu açıdan nano ölçekli fibröz yapılar hücrelerin çoğalması, büyümesi ve migrasyonu için ideal yapılardır. Doku mühendisliğinde yeniden üretilebilir ve biyolojik olarak uyumlu üç boyutlu yapılar hücre büyümesi için biyomatris kompozitlerinde çeşitli dokuların onarımında kullanılmaktadır. Nano ve mikro yapılı biyobozunur polykaprolakton (PCL) matrisler elektroeğirme ile hazırlanmıştır. Bunlar kardiyovasküler ve kas doku mühendisliğinde doku iskelesi olarak kullanılmıştır.! Şekil 4. Kemik doku onarımı için üretilmiş 3 boyutlu nanofiber doku iskelesi. Elektro üretim tekniği doku mühendisliği uygulamalarında sentetik ve doğal liflerden yapılan biyomimetik doku iskeleleri için lider bir tekniktir. Kwon ve arkadaşlarının 2005 yılında yayınlamış oldukları çalışmada jelatin ve kollajen kullanılarak nanofiberler üretilmiş ve fiberler boncuksuz bir yapı oluşturarak 200-500 nm lik ölçülere ulaşmıştır. Son zamanlarda araştırmacılar bu yönde sentetik polimerlerle doğal polimerlerden nanofiberler elde ederek, bu nanofiberlerden doku iskeleleri ve matrisler üretmeye başlamışlardır. 16 EYLÜL 2011
! NANOFİBERLER Şekil 5. Elektroeğirme yöntemiyle üretilmiş çok katmanlı tübüler grefte ait SEM görüntüleri. Elektroeğirme işleminden sonra üretilen örülmemiş nanofiber ağlardan biyobozunur doku iskeleleri yapmak kolay olmaktadır ve bunlar yarayı sarmak ve iyileştirmek için de kullanılmaktadır. Bu nanofiber ağların özellikleri sırasıyla; Yüksek su buharı geçişi, Gaz geçirgenliği Yüzey rahatlığı, Patojen ajan koruyuculuğudur. Ayrıca nanofiberlerin bir diğer kullanım alanı, proteinin elektroeğirme ile elde edilmiş fiberler içerisinde korunmasıdır. Biyolojik materyallerin korunmasında dondurarak kurutma yöntemi kullanılmakla beraber bu yöntemin getirdiği birçok dezavantaj da mevcuttur. Bu sistem zaman ve pahalı donanımlar gerektirir. Aynı zamanda proteinin yapısının bozulma ihtimali oldukça yüksektir. Bu bozulma ph daki ya da biyolojik maddelerin konsantrasyonlarındaki değişimden kaynaklanan denatürasyon ile sonuçlanmaktadır. İşte elektroeğirme işlemi biyolojik materyallerin uzun nakil işlemleri için gereken zamanı ortadan kaldırırken, bunu soğutma gerektirmeden yapmaktadır. Böylece oda sıcaklığında uzun süreli korumayı sağlayacak şartlar temin edilmiş olur. N@nobülten 14 17
NANOFİBERLER 3.5. Elektriksel ve Optik Uygulamalar Tekstil kumaşlarının iletkenliğini geliştirme konusunda yapılmış ilk yaklaşım metalik tellerin ve ince metalik bantların kullanılmasıdır. Metalik teller kumaş yapısı içerisine bir ağ gibi örülürler ve kumaşa gerekli elektriksel iletim özelliğini kazandırırlar. Elektrik iletkenliğine sahip polimerlerden nanofiberler üretilebilmesi pek çok avantajı beraberinde getirmiştir. İletken nanofiberlerin küçük elektronik aletlerin veya makinelerin imalatında kullanımı söz konusudur. Elektrodun yüzey alanı ile elektro kimyasal reaksiyon hızı orantılı olduğu için iletken nanofiberlerden yapılmış membranların yüksek performanslı bir pil geliştirmede gözenekli elektrot olarak kullanılması oldukça uygundur. İletken membranlar elektrostatik dağılma, korozyon koruması, elektromanyetik engelleme gibi çeşitli uygulama alanları için potansiyel teşkil ederler. 3.6. Savunma Sanayii Uygulamaları Askeri uygulamalarda koruyucu giysilerden öncelikle hayatta kalabilme ihtimalini en yüksek seviyede tutması, uzun süre koruma sağlayabilmesi, güç üretebilmesi ve zor hava koşullarına dayanıklı olması, nükleer, kimyasal ve biyolojik etkilere karşı dayanıklı olması ve verimliliği arttırması beklenir. Halen kullanımda olan koruyucu giysiler aşırı ağır kumaşlardan yapılmışlardır. Hafif ve nefes alabilen kumaşlar, hava ve su buharı geçirebilen kumaşlar tam çözücülerde kolaylıkla çözülür ve gazlarla, diğer kimyasallarla yüksek reaktiviteye sahiptir. Nanofiberlerden yapılmış kumaşlar ise yüksek yüzey alanları sebebiyle kimyasal maddenin nötralizasyonunu gerçekleştirebilir. Su buharı ve hava geçişine de izin verir. Nanofiberler yüksek gözenekliliğe sahip ama gözenek boyutu çok küçük olan bir yüzey üzerine yatırılarak kimyasal maddenin kumaş içine nüfuzuna karşı iyi bir direnç sağlanabilir. 3.7. Tarımsal Uygulamalar! Nanofiberlerden oluşmuş tülbent ile kaplanmış bitkiler zararlı kimyasallara ve böceklere karşı korunmuş olur. Aynı zamanda bu nanofiberden oluşmuş tabaka sayesinde bitkiye, daha önceden nanofiberden oluşmuş tülbente enjekte edilmiş gübrenin zamanla sağılması da sağlanabilir (Şekil 6). Şekil 6. Bitkinin böceklere karsı korunması için elektroeğirme ile üretilmiş nanofiberden oluşan örtü ile kaplanması. 18 EYLÜL 2011
3.8. Uzay Uygulamaları Özellikle karbon tabanlı nanofiberlerin, yüksek mukavemette olmaları, çelikten yüzlerce kez daha sağlam olması, düşük ağırlıkları gibi muhteşem özellikleri sayesinde uzay araç ve gereçlerinde yoğun bir şekilde kullanılmaları söz konusudur. Ayrıca gelecekte karbon, cam ve seramik benzeri nanofiberlerden uzay yapıları inşa edilebilecektir. Uzayda kurulan güneş ve ışık panellerinde de nanofiberlerden oluşturulmuş yüzeyler kullanılmaktadır. KAYNAKLAR Huang, Z-M., Zhang, Y-Z., Kotaki, M., Ramakrishna, S., Composites Science and Technology, 63, 2223-2253, 2003. Teo, W-E., Ramakrishna, S., Composites Science and Technology, 69, 1804-1817, 2009. Yu, D-G., Zhy, L-M., White, K., Branford-White, C., Health, 1, 67-75, 2009. Kidoaki, S., Kwon, I. K., Matsuda, T., Biomaterials, 26, 37-46, 2005. Yoon, K., Kim, K., Wang, X., Fang, D., Hsiao, B. S., Chu, B., Polymer, 47, 2434-2441, 2006. NANOFİBERLER N@nobülten 14 19
Arş. Gör. Gamze Tan Biyoloji - Doktora NANOPARTİKÜLLER Yüzey Yükü ve Doku Penetrasyonu: Pozitif mi? Negatif mi? Nanopartiküller, boyut ve modüler işlevsellikleri sayesinde kontrollü ilaç taşıma araçlarının tasarımında büyük bir potansiyele sahiptir. Massachusetts Amherst Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Kimya Bölümü araştırmacıları tarafından 2010 yılında yapılan bir araştırma bu durumun bir göstergesi niteliğindedir. Yapılan araştırmada nanopartiküllerin kullanıldığı anti-kanser kemoterapilerinde, partiküllerin elektriksel olarak pozitif yüklenmeleri halinde taşınan ilaçların tümör dokusu içerisine daha iyi nüfuz ettiği ve bu partiküllerin özellikle proliferatif hücreler tarafından daha büyük ölçüde hücre içerisine alındığı tespit edilmiştir. In vitro tümör modeli ve matematiksel modelleme deneylerinin bir kombinasyonunu kullanarak yürütülen çalışma neticesinde farklı koşullar altında pozitif yüklü nanopartiküllerin ilaç yüklerini tümör kitlelerindeki hücrelerin büyük çoğunluğuna ulaştırdığı, negatif yüklü partiküllerin ise hızlı difüzyon oranıyla ilaç yüklerini daha derindeki hücrelere taşıdığı belirlenmiştir. Araştırmacılar söz konusu çalışma için tümör boyutunun zamanla değişimini belirleyecek özel üç boyutlu silindiroit şeklinde bir "laboratuvar tümör" cihazı geliştirdi. Tek bir hücre seviyesinden daha çok, fakat bir hayvan seviyesinden daha az karmaşık olan bu ortam araştırmacılara ilaç taşıyan partiküllerin bağıl difüzyon ve içe alım oranlarını araştırma ve karşılaştırma olanağını sunmuştur. İlaçların tümör hücrelerini öldürebildiğinin bilindiğini ve bu yüzden hücre yerine doku seviyesinde çalışıldığını ifade eden araştırmacılar çalışma için floresan boya ya da anti-kanser ilaçları gibi farklı yüzey materyalleri ile kaplanabilen 2 nm boyutunda altın partikül çekirdeği üretti. 20 EYLÜL 2011
Bu nanopartiküllerin boyutu onlara değişik özellikler ve işlevsellikler kazandıran ligandlarla kaplandığında 6 nm civarına yükselmektedir. Araştırmacılar farklı kimyasal bileşenlerle yüzey polarizasyonunu yani karakteristiklerini değiştirebilmelerini "ayarlanabilir yüzey işlevselliği" diye adlandırmaktadır. Kemoterapide ajanların taşınma hassasiyetinin olmamasının bilinen en önemli sınırlama olduğuna dikkati çeken araştırmacılar, katı tümörlerde genellikle düzensiz kan damarı dizilişleri olduğunu ve bunun da daima kemoterapiden kaçabilecek hücrelerin olabileceği anlamına geldiğini belirtti. Fakat geliştirdikleri 3 boyutlu yeni silindiroit cihazda, altın nanopartiküllerin taşıdığı farklı yükler ile yapılan deneylerde bu tür zorlukların üstesinden gelmek için büyük bir potansiyele sahip olduğu doğrulandı. Çünkü altın nanopartiküller hem çok küçük boyutlarda sentezlenmekte hem de tümörün arasına kolayca diffüze olurken diğer moleküllere göre vücut için daha az toksik etki yaratmaktadır. Partikül olmaksızın ilaç ya da boya moleküllerini, negatif ya da pozitif floresan boya ile kaplı partikülleri ve negatif ya da pozitif doksurubisin anti-kanser ilacı ile kaplı partikülleri kontrollü koşullar altında test eden UMass Amherst araştırmacıları altın nanopartiküllerin 3D silindiroit dokuda nanopartiküllerin pozitif ya da negatif yüklenmesine bağlı olarak farklı yayılma hareketleri ve yerleşimleri sergilediğini gözlemledi. Pozitif yüklenen nanopartiküllerin negatif yüklenen nanopartiküllere göre tümör içerisindeki hücrelerin çoğuna ulaştığı fark edildi. Ek olarak, hem pozitif hem de negatif yüklü partiküllerin dokulara hızlaca penetre olduğu ve partilküllerin hücresel alım ve yayılım oranlarının ekstrasellüler difüzyonlarından daha yavaş olduğu belirlenmiştir. Matematiksel modeller, her iki partikülün hücresel alım oranlarının apoptotik ve nekrotik dokularda hızlı olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca pozitif partiküllerin içe alım kinetiklerinin tersinir olmadığı fakat negatif partiküllerin içe alım kinetiklerinin zaman ölçekleri üzerinde tersinir olduğunun araştırıldığı ifade edilmektedir. NANOPARTİKÜLLER Araştırmacılar bu deneyler sonucunda doku penetrasyonu ve ilaç salımını kontrol etmek için yüzey yükü ayarlanabilen nanopartiküllerin esnek ve güçlü ilaç taşıma araçları olarak kullanabileceğini ve nanopartiküllerin taşınmasında difüzyon yerine hücresel alımın daha baskın bir mekanizma olduğunu kanıtladı. Yüzey yükünün doku penetrasyonu ve ilaç salım kontrolünü nasıl değiştirdiğinin anlaşılmasıyla ilaç taşıma alanındaki mevcut kısıtlamalardan bazılarının aşılacağı öngörülmektedir. Araştırmacılar, gelecekte eğer partikül tasarımına devam ederlerse bu deneyleri baz alarak partiküllerin difüzyonu yerine hücresel içe alım mekanizmalarının geliştirilmesi üzerine çalışacaklarını bildirdi. Kaynak: Kim B, Han G, Toley BJ, Kim C, Rotello VM and Forbes NS, Tuning payload delivery in tumour cylindroids using gold nanoparticles, Nat Nano 2010; 5 (6): 465-472. N@nobülten 14 21
Arş. Gör. Tayfun Vural Biyokimya Anabilim Dalı - Doktora HABERLER Polimerizasyon esaslı motor sistemi Kendiliğinden hareket edebilme yeteneğine sahip mühendislik harikası nanomateryaller, bottom-up (aşağıdan-yukarıya) dizilimler ile yapıların oluşturulması, desen oluşumu, mikroakışkan teşhis sistemleri yada istenilen bölgelere ilaç taşınımı gibi uygulamalar için çok kullanışlı olabilir. Doğada nano ve mikro boyutta motor sistemleri olmasına rağmen nano boyuttaki hareket nanoteknoloji araştırmacıları için hala önemli bir problem. Kendiliğinden hareket edebilen mikro ve nano boyutlu motorların geliştirilmesi için farklı yaklaşımlar bulunmaktadır. Birçok araştırmacı kimyasal enerjinin mekanik enerjiye katalitik dönüşümü üzerine odaklanmıştır. Bu dönüşüm hücre bölünmesi, iskelet-kas hareketi, protein sentezi, hücrelere malzeme taşınımı gibi önemli olan süreçlere güç sağlamaktadır. Son zamanlardaki nanomotor araştırmaları küçük moleküllerin katalitik tepkimeleri üzerine odaklanmış iken biyolojik sistemlerdeki kendiliğinden hareketin bir diğer formu (polimerizasyon, monomer moleküllerinin tepkimesi) hiç ilgi çekmemiştir. Pennsylvania State Üniversitesi Kimya Bölümü nden Prof. Ayusman Sen e göre polimerizasyon-itkili motorlar katalitik tepkimelerin kapsamını oldukça arttırabilir. Ayrıca polimerizasyon tepkimeleri hem harekete güç sağlarken hem de hareket boyunca polimerin kendiliğinden birikmesine olanak sağlar. Angewandte Chemie International dergisinin 30 ağustos 2011 tarihli online yayınındaki bir makalede (A Polymerization-Powered Motor), Sen ve grubu bir polimerizasyon tepkimesinden güç alan ve bir mikroörümcek gibi gittiği yol boyunca ince bir iplik biriktiren yeni bir tür mikromotor geliştirdiler. Geliştirilen sentetik motor sistemi asimetrik altın-silika mikrokürelerden (0,96um) oluşmaktadır ve iki yüzlü mitolojik tanrı Janus un ismi verilmiştir. Polimerizasyonu katalizleryen belli katalizör moleküller Janus partikülünün silikondioksit yüzeyine bağlanabilir. Sen in grubu bu çalışmada monomer olarak norbornene kullandılar. Katalizör halka yapılarını açarak monomerden uzun zincir molekülleri oluşturmakta. Tepkime başlar başlamaz küreler norbornene çözeltisinin içerisinde ilerlemeye başlarlar. Bu itiş gücü kürelerin iki farklı tarafının bulunması ile açıklanabilir. Monomer yalnızca kürenin katalizör bulunan tarafında tükenmektedir. Bu, derişimin kürenin katalizör bulunmayan altın tarafındaki monomer derişiminden daha az olmasına sebep olur. Bu derişim farklılığı ozmatik basınç oluşturur ve çözücü molekülleri daha yüksek monomer derişimindeki bölgeye doğru ilerler. Bu ufak çözücü akışı zıt yönde bir mikromotor gücü oluşturur. Sen in dikkat çektiği bir noktada, canlı sistemlerin tanımlı özelliklerinden birinin de yakıt/gıda derişim farkını saptaması ve hareket etmesi. 22 EYLÜL 2011
Bu fenomen çok nadiren biyolojik sistemlerin dışında gözlenmiştir fakat akıllı sensörlerin oluşturulması için temel olabilir. Biz polimerizasyon motorlarımızı norbornene derişim farklılığı üzerinde chemotaxis yeteneğini başarılı bir şekilde test ettik. Genel olarak bir polimerizasyon motoru kusurları ve kırıkları saptamak ve onları bir polimer ile tamir etmek için kullanılabilinir. Sen e göre belkide vücuttaki hasarlı damarları ve dokuları onarmak için böyle bir sistem kullanılabilir. Ancak, makalede sunduğumuz motor kavramın çok basit bir ispatı ve bu problemlerin üstesinden gelen bir sistem bulmak için daha fazla çalışmak gerekecek. Ayrıca biz hareket yaratma mekanizmalarının diğer türleri için araştırmacılara bu çalışma ile ilham verebilmiş olmayı ümit ediyoruz. HABERLER Bu tür motorların kullanımını içeren ileriki araştırmalar vücut içinde onarım sistemleri olarak kullanılabilir. Üretilen motorların hızlı olması ve yönlendirilebilir olması ileriki çalışmalar için temel hedeflerden. Örneğin polimerizasyon motorunun mükemmel bir versiyonunda, insan vücudunda hasarlı bölgeyi bulabilir ve o bölgeyi güç kaynaklarını kullanarak tamir edebilir ve daha sonra tekrar ilerleyebilir. Ancak bu konuda hala birçok araştırma yapılmakta. Motor silica yüzeyindeki monomerleri tüketerek düşük monomer derişiminde alan yaratıyor. Düşük derişim alanındaki çözücü altın yüzeyindeki yüksek derişimli alana doğru akıyor. Sonuç olarak motor ters yönde hareket ediyor. Motorun yakıt olmadan (kırmızı) ve 0,5M norbornene içerisinde (mavi) parçacık yolları. Yakıt içerisindeki motor parçacıkları tek bir yönde daha uzun yer değişimi göstermektedir. www.nanowerk.com N@nobülten 14 23
Arş. Gör. Zeynep Karahaliloğlu Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Doktora DOKU MÜHENDİSLİĞİ Nanofiber üretimini arttırmak için 3D elektrospin yöntemi 25.08.2011-nanotechweb Yüksek yüzey alanı/hacim oranı ve yüksek porozite sunan nanofiberler; filtrasyondan, biyomedikal doku mühendisliğine, enerji depolanmasından ilaç salımına pek çok uygulamada kullanılan malzemelerdendir. Bu fibröz yapı ekonomik anlamda efektif olan elektrospinning yöntemi kullanılarak yaratılabilir. elektrospinlenmiş nanofiberlerin bu yöntemle endüstriyel ölçekte daha yaygın olarak kullanılmasını engelleyen faktörlerden bir tanesi düşük üretim hızdır. 3D elektrospinning: PEO nanofibröz doku NC State Üniversitesi nden araştırmacılar nanofiber üretimini arttırmak için basit bir teknik geliştirmişler. Elektrik alan parametrelerinin üç boyutlu modellenmesini kullanarak geleneksel metodda iletken uçla üretilen desene benzer şekilde, metal levhanın köşelerinden üretilen genlik ve alan değişimini tanımlamışlar. Levhanın köşeleri nanofiber formasyonu oluşturmak için kaynak elektrot olarak kullanılmış. Bu çalışma da polimer solüsyonu ile dolu bir kase düşünelim. Bu kasenin etrafı metal yüzey ile çevrilerek eşmerkezli bir toplayıcı yaratılmış. Voltaj uygulanıldığında kendiliğinden polimer solüsyonu kasenin ağız kısmına doğru göç etmiş ve burada toplanmış. Bu teknikle küçük çaplı ve dar bir boyut aralığı gösteren yüksek kalitede polimerik nanofiberler oluşturulmuş, çok sayıda parallel jetin yardımıyla tek bir enjektör ucuna kıyasla üretim hızı dramatik olarak değişen nanofiberler elde edilmiş. Bu çalışmanın ileriki aşamalarında araştırmacılar jet formasyonu dinamiğinin akış özellikleri üzerine olan etkisini, mümkün olan maksimum sayıda jetle çalışabilmeyi ve jet-jet etkileşimlerini inceleyeceklerini ifade etmektedirler. 24 EYLÜL 2011
Grafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök Hücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor 24.05.2011-nanowerk Kök hücre terapisinin, hastalıkların tedavisinde değişin yaratmak adına büyük bir potansiyel olduğuna inanılıyor. Terapilerin başarılı olması için çok önemli iki özellik; farklı dış faktörler tarafından kök hücrelerin kaderine yol çizilebilmesi ve özel bir hücre tipinden bağımsız olarak özel ihtiyaçlar olmadan kök hücrelerin geliştirilebilmesidir. İkinci ise kök hücrelerin mikroçevrelerinin uygun mühendislik adımlarıyla geliştirilmesi ve büyüme faktörü ya da biyokimyasal indükleyici olarak refere edilen özel protein kokteyllerinin eş zamanlı olarak verilebilmesidir. Bu teknikler kullanılarak bugünkü doku mühendisliği yaklaşımında canlı hücrelerle farklı doku iskelesi materyalleri kombine edilerek doku fonksiyonunu iyileştirecek veya onaracak biyolojik yapılar hazırlanabilir. Asya daki araştırmacılar insan mezenşimal kök hücrelerin proliferasyonunu engellemeyen ve kemik hücrelerine farklılaşmayı sağlayan biyouyumlu grafen doku iskelesi hazırlamışlar. Bu farklılaşma oranı sıklıkla kullanılan büyüme faktörleriyle geliştirilmiş olanlara kıyasla kök hücre araştırmaları için daha umut vaat edici gözükmektedir. DOKU MÜHENDİSLİĞİ Grafenin osteojenik farklılaşmayı düzenlemesi; a) 1 cmx 1 cm kesilmiş grafen yüklü Si/SiO2 grafen kaplı çip, grafenın sınırları görülmekte b) aynı çip üzerinde grafenle kaplı yüklü bölgede osteokalsin markeri ile kemik hücre formasyonunu gösterilmesi c,d) grafenli ve grafenli olmayan substratlar üzerinde 15 gün boyunca büyütülmüş insan mezenşimal kök hücrelerinin alizarin kırmızısıyla boyanması c) BMP-2 varlığında d) BMP-2 yok e-h) Osteogenez sırasında alizarinle boyanmış PET substrat üzerinde kalsiyum birikimi N@nobülten 14 25
DOKU MÜHENDİSLİĞİ Deneylerinde farklı kalınlık ve yüzey pürüzlülüğündeki polidimetilsiloksan (PDMS), polietilen terafitalat (PET), cam slayt ve 300 nm silikon dioksitli silikon kalıptan oluşan 4 substrat üzerindeki grafenin kök hücreler üzerine etkisini çalışmışlar. Deney iki ayrı aşamada tasarlanmış; ilk olarak hücre canlılığı normal hücre besi ortamı ile çalışılmış, sonraki stepte kök hücre farklılaşmasına konvensiyonel osteojenik hücre kültür ortamı içerisinde devam edilmiş. Araştırmacılar kemik hücre formasyonu için grafenin sürücü güç olduğuna işaret ediyor. Ayrıca BMP-2 gibi ek büyüme faktörlerinin yokluğunda da grafenin hücre farklılaşmasını düzenlediği bilgisinin kayda değer olduğunu söylüyorlar. Grup karbon nanotüpler ile de benzer bir çalışma yapmayı planlıyor. Nanoteknolojiyle İyileştirilmiş Kurkumin: Modern Medikal Bilimle Batının Eski Zaman Bilgeliğinin Ortaklığı (11.08.2011-nanowerk) Zerdeçalın tıpta önemi, doğal oluşan fenolik bileşiklerin antioksidan özellikleri hakkındaki tartışmalardan sonra iyice değişti. Renklendirici ajan ve besin koruyucu olarak kullanılan Curcuma longa nın kurutulmuş kök sapları fenolik bileşikler açısından oldukça zengindir. Zerdeçalın biyoaktif polifenol içeriği diferülometan olarak bilinen (C21H20O6) kurkumin, hastalıkların tedavisinde kullanılmaktadır. Literatürde kurkuminoidlerin antioksidan, antiinflamatuar, antibakteriyel, antifungal, antiparazitik, antimutajenik, antikanser ve detoks özelliklerini kapsayan geniş spektrumlu biyolojik ve farmakolojik aktiviteleri hakkında çok sayıda kanıt bulunmaktadır. Kurkuminin terapatik ajan olarak farklı hastalıkların tedavisi ya da engellenmesinde kullanımı 26 EYLÜL 2011
Medikal anlamda kurkuminin kullanımını sınırlayan etken, düşük biyoyararlanımdır. Dünyada nanoteknoloji bazlı yeni stratejiler kullanılarak kurkuminin biyoyararlanımını arttırmak için çalışmalar yapılmaktadır. Ayrıca toksisitesini azaltarak hücresel alımı arttırıcı, kanda stabilitesinin korunmasını ve kontrollü salım profili sağlayıcı ek özellikler kazandırılacağı yönünde de düşünceler mevcuttur. Bu yönde çalışmalara bakıldığında; Japon araştırmacılar Theracurcumin adıyla geliştirdikleri nanopartikülü sıçan modelinde oral yolla verdiklerinde biyoyararlamının konvensiyonel kurkumine kıyasla 30 kat daha iyi olduğunu görmüşler. Klinik denemelerde de kurkumin nanopartiküllerden umut vaat edici sonuçlar almışlar. Hidrofilik taşıyıcı olarak PVP nun (polivinilprolidon) kullanıldığı kurkumin nanopartiküllerin antioksidan ve antihepatoma aktivitelerinin konvensiyonele kıyasla daha iyi olduğunu görmüşler. Suda çözünebilen kurkumin nanopartiküllerin (2-40 nm) DMSO içerisindeki nanopartiküle kıyasla antibakteriyel ve antifungal aktivitelerinin daha iyi olduğu yapılan deneylerle kanıtlanmış. Yara örtü materyali olarak kitosan-pva-gümüş-kurkumin nanokompozit antimikrobiyal filmin tek başına kurkumin ve kitosan-pva-gümüş nanopartiküle kıyasla E. coli inhibisyonunda daha iyi olduğu görülmüş. DOKU MÜHENDİSLİĞİ Nanokurkumin kullanılarak radyasyon terapisine dirençli yumurtalık kanser hücrelerinin kemoterapi ve radyoterapiye duyarlılığının arttığı gözlemlenmiş. Kurkumin yüklenmiş polibütilsiyanoakrilat nanopartikülün kan beyin bariyerini aşarak beyne ulaştığı çalışmalarda ortaya konulmuş. N@nobülten 14 27
DOKU MÜHENDİSLİĞİ Curcuminin biyoyararlanımını ve terapatik etkinliğini arttırmak için nanoteknoloji stratejileri! 28 EYLÜL 2011
Arş. Gör. Ilgım Göktürk Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Doktora NANOTEKNOLOJİ DÜNYASI: NANOTIP YENİ TEDAVİLERİN PEŞİNDE www.guardian.co.uk, 6/9/2011 Nanoteknolojideki son gelişmeler, kanser gibi birçok hastalığın önlenmesinde ve tedavisinde yenilikler sunuyor. HABERLER İnsan vücudu nano ölçekte bir mühendislik harikasıdır. Hücrelerimiz büyümek için çevresindeki milyarlarca molekülü içine alır, kendinden uzaklaştırır; istilacılara karşı savaşır; zarar gördükten sonra kendini yeniler. Biyomoleküllerin kodladığı, kimyasal ve fiziksel kuralların varlığında nano ölçekte gerçekleşen bu inanılmaz aktivitelerde beyin gibi organların önemli bir rolü vardır. Bu kendiliğinden gerçekleşen mükendisliği daha bilindik bir isimle biyoloji olarak zaten biliyoruz. Modern nanobilimcilerin temel amaçlarından biri hayatlarımızı daha sağlıklı ve mutlu kılmaktır. Bunu başarmanın yollarında biri hastalıkların gelişimini aydınlatmaktan geçer. Ohio State Üniversitesindeki bilim insanları, içerisinde çok daha küçük boyutlarda yarı iletken kuantum noktaları içeren polimerik nanopartiküller geliştirdiler. Bu yapılar bağlandıkları moleküllere göre farklı renklerde ışıma yapabiliyor. Kırmızı, sarı ve yeşil renklerde ışıma yapmaları, bir kanser hücresindeki belli bir grup molekülün mikroskop altındaki hareketlerinin izlenmesini mümkün kılabiliyor. Bu bilgilerin ışığında, hastalığın durdurulması ve iyileşmenin sağlanması için anahtar ipuçları elde edilebilir. İtalya ve Fransa destekli Avrupa Birliği NanoMuBiop projesi, serviks kanserine neden olan insan papilloma virüsünün (HPV) spesifik formlarını tanıyan yüksek hassasiyette bir test geliştirmeyi amaçlıyor. Nanopartiküllerin yüzeyine yerleştirilen moleküller, örnek içerisinde farklı tipteki HPV lerin özgül bölgelerine bağlanıyor. Bilgisayar taraması sonucunda, örnekte hangi çeşit HPV olduğu tespit edilebiliyor. Proje sahipleri geliştirdikleri bu yöntemin varolan testlerden daha hızlı ve daha güvenilir sonuç verdiğini dile getiriyorlar. Kanser tedavisini düşündüğümüzde, kemoterapi genellikle toksik ilaçların bir kombinasyonu ve etkili bir tedaviyi saç dökülmesi, kemik iliği sorunları gibi yan etkiler olmadan sağlamak hemen hemen imkansız. Alfred Cuschieri, Dundee ve St Andrews Üniversitelerinde Tıbbi Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Başkanı, biyolojik virüsleri taklit eden karbon nanotüpler sentezleyerek Ninive projesi kapsamında yeni bir yaklaşım ortaya çıkardı. Her nanotüp yüzeyinde farmasötik bir kargo taşıyabiliyor ve özgül hücre tiplerine girebiliyor. Bu yapıları nano boyutta iğnelere benzetebiliriz. N@nobülten 14 29
HABERLER Hedefe ulaşan nanotüp, dışarıdan bir mikrodalga ile uyarıldığında içeriğini hücreye veriyor. Cuschieri, yüksek saflıkta, çok tabakalı, yaklaşık 15 tane, yüzey alanı arttırılmış 40 nm yarıçapında ve yaklaşık 200 nm uzunluğunda yapılar elde ettiklerini ifade ediyor. Biyouyumlu hale getirmek için yüzeyi kaplanmış bu yapıların üzerinde ilaçların tutuklanacağı yan zincirler de mevcut. Ninive sistemi kendini fareler üzerinde kanıtladı. Prensipte herhangi bir ilaç ya da molekülü nanotüpe tutturmak mümkün. Hastaya enjekte edildiğinde nanotüpler kan dolaşımıyla birlikte hareket ediyor. Kanserli bölgenin yakınında mikrodalga uyarımı gerçekleşeceği için nanotüp içeriğini burada salıyor ve böylece toksik ilaçların yan etkisi azaltılmış oluyor. Cuschieri, 3 ya da 4 yıl içerisinde bu ilaç salınım sisteminin insanlarda erken kilink faz çalışmalarına geçeceğini ifade ediyor. Fotograf: Andrew Brookes / National Physical Laboratory / Science Photo Library Bir hastalığın tedavisinden sonraki aşama kaybedilen dokunun tekrar onarılmasıdır. 2008 yılında, John Kessler, kök hücre biyoloğu, ve Samuel Stupp, biyomalzeme mühendisi, Northwestern Üniversitesinde, sinir hücrelerinin tekrar büyümesine yardım eden nano-tasarlanmış bir jel geliştirdiler. Omurilikteki hasarlı bölgeye yerleştirilen jel bir destek malzemesi olarak düşünülebilir. Yeni sinir dokusunun büyümesine ve yayılmasına olanak sağlıyor. Journal of Neuroscience da omurilik yaralanması geçiren farelerden elde edilen 6 haftalık sonuçlara göre hayvanlar tekrar yürümek için arka bacaklarını kullanabiliyor. Kessler, omurilik hasarlarının tek başına bir tedavi yönteminin olmadığını ve bu buluşun kök hücre gibi farklı teknolojilerle birlikte kullanılabileceğini ifade ediyor. Birleşmiş Milletler nanobilim ve nanoteknoloji gelişmelerinin bilimsel, ekonomik analizlerini yapan ObservatoryNano kuruluşuna göre; tıbbi nanoteknolojinin düzünlenmesiyle ilgili temel problem, bir ürünün uygulama alanının nasıl belirleneceğine karar verilmesidir. Örneğin, bir ilaç salım implantını nasıl belirlersiniz? Cuschieri nin nano taşıyıcısı bir farmasötik mi yoksa tıbbi bir cihaz mı? Tanımlamada genel bir anlaşmanın olmaması sorun yaratan bir durum. Nanopartikülün tanımı, nanotıbbı oluşturan unsurların neler olduğu gibi konularda uluslararası bir anlaşmanın oluşması gerekiyor. Süregelen tartışmaların bu yılın sonuna doğru çözülmesi bekleniyor. 30 EYLÜL 2011
Arş. Gör. Tamer Çırak Nanoteknoloji ve Nanotıp Anabilim Dalı Doktora Hacettepe Üniversitesi Kaynaklı Nanoteknoloji ve Nanotıp Yayınları Mayıs 2011 - Eylül 2011 Dönemi A novel dermal substitute based on biofunctionalized electrospun PCL nanofibrous matrix JOURNAL OF BIOMEDICAL MATERIALS RESEARCH PART A Cilt: 98A Sayı: 3 Sayfalar: 461-472 Gumusderelioglu, M; Dalkiranoglu, S; Aydin, RST; Cakmak, S LİTERATÜR Comparison of epithelial and fibroblastic cell behavior on nano/microtopographic PCL membranes produced by crystallinity control JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE Cilt: 358 Sayı: 2 Sayfalar: 444-453 Gumusderelioglu, M; Kaya, FB; Beskardes, IG Preparation and characterization of zinc oxide nanoparticles and their sensor applications for electrochemical monitoring of nucleic acid hybridization COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES Cilt: 86 Sayı: 2 Sayfalar: 397-403 Yumak, T; Kuralay, F; Muti, M; Sinag, A; Erdem, A; Abaci, S Development and characterization of Cyclosporine A loaded nanoparticles for ocular drug delivery: Cellular toxicity, uptake, and kinetic studies JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE Cilt: 151 Sayı: 3 Sayfalar: 286-294 Aksungur, P; Demirbilek, M; Denkbas, EB; Vandervoort, J; Ludwig, A; Unlu, N Superparamagnetic nanotraps containing MIP based mimic lipase for biotransformations uses JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH Cilt: 13 Sayı: 5 Sayfalar: 2073-2079 Kecili, R; Ozcan, AA; Ersoz, A; Hur, D; Denizli, A; Say, R N@nobülten 14 31
LİTERATÜR Carbon nanotube-chitosan modified disposable pencil graphite electrode for Vitamin B(12) analysis COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES Cilt: 87 Sayı: 1 Sayfalar: 18-22 Kuralay, F; Vural, T; Bayram, C; Denkbas, EB; Abaci, S A novel nanoprotein particle synthesis: Nanolipase PROCESS BIOCHEMISTRY Cilt: 46 Sayı: 8 Sayfalar: 1688-1692 Say, R; Kecili, R; Bicen, O; Sisman, FY; Hur, D; Denizli, A; Ersoz, A Fabrication of magnetic gold nanorod particles for immunomagnetic separation and SERS application JOURNAL OF NANOPARTICLE RESEARCH Cilt: 13 Sayı: 8 Sayfalar: 3167-3176 Tamer, U; Boyaci, IH; Temur, E; Zengin, A; Dincer, I; Elerman, Y Development of functional bread containing nanoencapsulated omega-3 fatty acids JOURNAL OF FOOD ENGINEERING Cilt: 105 Sayı: 4 Sayfalar: 585-591 Gokmen, V; Mogol, BA; Lumaga, RB; Fogliano, V; Kaplun, Z; Shimoni, E Antimicrobial, UV-Protective and Self-Cleaning Properties of Cotton Fabrics Coated by Dip-Coating and Solvothermal Coating Methods FIBERS AND POLYMERS Cilt: 12 Sayı: 4 Sayfalar: 461-470 Onar, N; Aksit, AC; Sen, Y; Mutlu, M Magnetic nanocomposites with drug-intercalated layered double hydroxide shell supported on commercial magnetite and laboratory-made magnesium ferrite core materials MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING C-MATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS Cilt: 31 Sayı: 5 Sayfalar: 851-857 Ay, AN; Konuk, D; Zumreoglu-Karan, B 32 EYLÜL 2011