docGökhan Atmaca - KBT Bilim Sitesi
download 
Şikayet Transkript
Gökhan Atmaca - KBT Bilim Sitesi
Medya Sponsoru olan Türkiye’nin en çok okunan ücretsiz bilim dergisi, NetBilim Dergisi Kuark Bilim Topluluğu’nun Bir Çalışmasıdır. Abonelik Ücretsizdir. E-posta gönderin yeterli! [email protected] NetBilim Dergisi Editörden... Herkes İçin Bilim! ———————— Gökhan Atmaca, Editör, [email protected] http://facebook.com/anadoluca Sayı 13 Nisan 2012 http://netbilim.kuark.org Yayın Kuark Bilim Topluluğu [email protected] http://www.kuark.org Editöryal N etBilim Dergisi, geniş içeriği ile ücretsiz olarak yayınını sürdürmeye devam ediyor. Aslında bu sayımızı Mart ayı içerisinde yayınlamayı planlamıştık ve hatta hemen hemen tüm yazılarımız hazırdı. Yazar arkadaşlarımız titiz bir şekilde çalışmalarını hazırlamış ve yayın kurulumuza iletmişlerdi. Ancak beklenmeyen aksilikler bu sayının Nisan ayında yayınlanmasını gerektirdi. Bu gecikme için özür dileriz. Nitekim bu gecikme dergimizde bir takım değişikliklere vesile oldu. Artık dergimizin iki ayda bir yayınlanma aşamasında olduğunu siz okuyucularımıza duyurabilirim buradan. Önümüzdeki Haziran ayı ile birlikte 6 aylık bir deneme aşaması planlıyoruz. “Nisan2012” sayımızda “Mini Buzul Çağı ve İklim Değişikliği” başlığı altında geçirdiğimiz sert kışın ardından medyada çıkan mini buzul çağı geliyor haberlerine yönelik konuyu irdeledik. “Anti Maddenin Doğası Üzerine” başlıklı yazımızda ise evrenimizin ilgi çekici olgularından birine kısa bir yolculuk yapacağız sizlerle. “Nanoteknoloji Mühendisliği” başlığı altında ülkemizin ilk nanoteknoloji mühendisliği bölümünün tanıtımına ve gelecekte yeni gelişmelere ilişkin bilgilere ulaşabileceksiniz. ”Biyokoruyucular ve Laktik Asit Bakterileri” isimli yazımızda ise hazır gıdada biyokoruyucuların yeri hakkında detaylı bilgilere erişebileceksiniz. Birbirinden farklı konularda diğer yazılarımızı da bu sayımızda bulabilirsiniz. Yeni sayılarda görüşmek üzere... Saygılarımla Gökhan Atmaca Editör, Gökhan Atmaca [email protected] Yayın Kurulu Gökhan Atmaca [email protected] Polat Narin [email protected] Reklam ve İletişim [email protected] Abonelik Abonelik ücretsizdir. http://www.netbilim.kuark.org/abonelik © 2012, Kuark Bilim Topluluğu NetBilim dergisinin tüm hakları saklıdır ve Kuark Bilim Topluluğu’na aittir. NetBilim dergisi ücretsiz yayınlanmasına rağmen bu şart sadece Kuark Bilim Topluluğu’na ait web sitelerinde yayınlanması ile geçerlidir. Kuark Bilim Topluluğu’nun izin vermediği hiçbir web sitesi veya başka bir yayın organı NetBilim dergisinin herhangi bir sayısını kendi yayını üzerinden dağıtamaz. Popüler Bilim Dergisi NetBilim “İki ayda bir yayınlanır...” Yayın Sorumlusu : Gökhan Atmaca [email protected] http://www.kuark.org/atmaca http://twitter.com/kuarkatmaca Yazarlar : Kenan Elibol [email protected] Buket Şafak [email protected] Gülcihan Utaş [email protected] Polat Narin [email protected] Muhammed Özen [email protected] Ali Çiçi [email protected] Dyt. Emel Zorlu [email protected] H Bahar Kuruca [email protected] Nur Mustafaoğlu [email protected] Damla Polat [email protected] Meltem Gündüz [email protected] Selçuk Arslan [email protected] İletişim : [email protected] http://twitter.com/netbilim Web Sitesi : http://www.netbilim.kuark.org Siz de dergimize yazı gönderebilirsiniz... [email protected] Görüşleriniz Görüşleriniz ve önerileriniz bizim için önemlidir... E-postanızı bekliyoruz: [email protected] Telif Hakkı Dergimizin web sitemiz dışında herhangi bir sitede/yayında dağıtılması ve dergi içindeki yazıların kopyalanıp çoğaltılması suçtur. 5000 + Okuyucu 5600 + Okuyucu 4900 + Okuyucu - İçindekiler - 10 | Gökhan Atmaca Mini Buzul Çağı ve Küresel İklim Değişikliği 22 | Ali Çiçi Karanlık Madde 26 | Gülcihan Utaş— Gökhan Atmaca Anti Madde Doğası Üzerine 34 | Selçuk Arslan 62 | Prof. Dr. Turgut Baştuğ Nanoteknoloji Mühendisliği Biyokoruyucular ve Laktik Asit Bakterileri 68 | Ayşe Köse 40 | Kenan Elibol 72 | Bahar Kuruca Beynin Nöronal Aktivitelerinin Optik İncelenmesi 46 | Meltem Gündüz Radyasyon Onkolojisi ve Sağlık Fiziği Mikroalgler Telomeraz, Yaşlanma ve Kanser 80 | Polat Narin Einstein ve Doğruları 84 | Gökhan Atmaca 52 | Dyt. Emel Zorlu Dünya’nın İlk Tek Atom Transistörü 58 | Buket Şafak 86 | Damla Polat– Obezite Kader Değildir USB Belleklerde Devrim Gökhan Atmaca Grafen Kuantum Noktalar Türkiye’nin En Uzun Süreli Ücretsiz Bilim Dergisi NetBilim Dergisi Nisan 2012—Sayı 13– Yıl : 5 http://www.netbilim.kuark.org 10 44 26 72 3. Nükleer Enerji ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Uluslararası Konferansı Dergimizin medya sponsoru olduğu 20-23 Mayıs 2012 tarihleri arasında İstanbul'da düzenlenecek olan 3. Nükleer ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Uluslararası Konferansı (NURER-2012) küresel enerji sorunlarının irdelenmesini amaçlamaktadır. Konferans çok geniş bir spektrumda konular ile çok sayıda araştırma alanını içerirken enerji alanında çok sayıda çalışmaları bulunan konuşmacıların da katılımları beklenmektedir. Dünyamızda geleneksel fosil yakıtların aşırı kullanımından doğan küresel iklim değişikliğinin 'kaçınılmaz' olumsuz etkileri ve fosil yakıtların rezervlerinin yok olma durumunda olması nedeniyle büyük bir enerji krizine doğru insanlık sürüklenmektedir. Uzmanlar bu konularda hükümetlere uyarılarda bulunurken yeni çözüm yollarının bulunması yönünde arayışlarını sürdürüyorlar. Bu süreçte günden güne artan enerji ihtiyacının karşılanması için önemli alternatif yollardan biri, nükleer enerjidir. Bazı problemleri aşıldığında bu enerji çeşidi iklime ve doğal çevrime bağlı olmayan çok verimli bir enerji kayna- ğıdır. Buna ilaveten; Güneş, jeotermal kaynaklar, deniz dalgaları, rüzgâr gibi doğal kaynakların kullanılmasıyla çevreye zararı neredeyse olmayan başka alternatif enerji kaynakları doğmuştur. Şimdilerde; kimi zaman nükleer enerji mi yoksa yenilenebilir enerji kaynakları mı tartışmaları sürerken, kimi zaman da daha başka alternatif enerji kaynakları ortaya çıkarılabilir mi soruları gündemdeki tartışılan konulardandır. Hidrojen enerjisi ve gelecekte gerçekten çok önemli bir enerji kaynağı olacağı belirtilen nükleer füzyon reaktörleri de alternatif enerji kaynakları arasında yerini bulmaktadır. Ülkemizde ise enerji konulu tartışmalar nükleer santrallerin ülkemizde kullanılıp kullanılmayacağı konusunda tıkanıp kalmıştır. Bunda siyasilerin rolünün büyük olduğu da kaçınılmazdır. Ancak diğer toplum kuruluşlarından da yıllardır bu tür konuların tartışılabileceği geniş kapsamlı etkinlikler yeterince yapılmadı ve toplumun bu konuda bilinçlendirilmesi eksik kaldı. 20-23 Mayıs 2012 tarihleri arasında İstanbul'da gerçekleştirilecek olan Nükleer 8 ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Uluslararası Konferansı (NURER-2012) ülkemizde bu alandaki tek etkinlik olarak 3. kez düzenleniyor. Konferansın amacı, enerji sorunlarının çözümünün geniş kapsamlı ele alınması için aktif bir forum oluşturulmasıdır. Bu durum www.nurer.org adresli internet sitesinde şöyle açıklanmaktadır: "Günümüz sanayi toplumlarının enerji girdileri büyük oranda fosil yakıtlara dayanmaktadır. Fosil yakıtlardan kaynaklanan enerji ve çevre sorunlarının ön plana çıkması nedeniyle, fosil yakıtların kullanımının azaltılmasıyla yaşanan bu sorunların çok aza indirileceği artık tam olarak anlaşılmıştır. Uzun vadede bu tür fosil yakıtlarının yan etkilerini azaltmak için önemli adımlar atılmalıdır. Bu çerçevede, nükleer ve alternatif enerji kaynakları üzerine olan bu konferans karbon içermeyen temiz enerji kaynaklarının tartışılmasını amaçlamaktadır. Toplantıyı düzenleyenler olarak nükleer ve yenilenebilir enerji gibi iki ayrı enerji türünün artan enerji taleplerini karşılamak amacıyla güvenli enerji çözümleri açısında birlikte ele alınmasına inanıyorlar. Bu uluslararası konferansta yenilikçi çözümler için bilim insanlarından teknik firma temsilcilerine kadar ilgili insanların bir araya geldiği bir ortamın oluşması amaçlanmaktadır. Üniversitelerimiz, araştırma kurumlarımız ve endüstrimizi bir araya getirerek, yapılan çalışmaları kamuoyuna duyurmak, bilimin yayılmasına katkıda bulunmak, kurumların bilgi birikimini uygulayıcılar ve bilimsel çevreler ile paylaşmak 9 amaçlanmaktadır. Bu üçüncü konferans ile farklı ülkelerden, kurumlardan ve enerji firmalarından katılımcılarla bir teknik forum oluşturmak hedeflenmektedir. " Konferansta yurtiçi ve yurtdışından katılan araştırmacılar sunumlarını gerçekleştirecek, alanında temayüz etmiş çağrılı konuşmacılar da spesifik konularda uzun konuşmalar yapacaktır. Konferansta seçilen yayınlar özel bir sayı olarak SCI'da listelenen Energy Conversion and Management (ECM) dergisinde yayınlanacak. Konferans ile ilgili tüm sorularınızı konferans başkanlığını yürüten Prof. Dr. H. Mehmet ŞAHİN'e [email protected] e-posta adresine yazarak gönderebilirsiniz. Konferansa son bildiri gönderme tarihi 15 Mart 2012 iken konferans kaydı için son tarih 15 Nisan 2012'dir. 20-23 Mayıs 2012 tarihleri arasında İstanbul'da gerçekleştirilecek olan 3. Nükleer Enerji ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Uluslararası Konferansı'nın web sitesi: http://www.nurer.org Gökhan Atmaca http://twitter.com/kuarkatmaca Mini Buzul Çağı ve Küresel İklim m Değişikliği Gökhan Atmaca Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Karbondioksit, metan gibi sera gazlarının atmosferimizde özellikle de insan aktiviteleri sonucunda artmasıyla beraber gezegenimizin ortalama sıcaklığında artış yaşandığı son on yıllardır bilim dünyası tarafından tartışılan Kyoto Protokolü gibi ülkelerin hükümetlerini ilgilendiren bir konu oldu. Sıkça özellikle de yaz aylarında aşırı sıcaklıklar yüzünden insanların yaşamını yitirdiği haberlerde duyduğumuz “Küresel Isınma” kavramı gezegenimiz üzerinde yaşanan küresel iklim değişikliği içerisinde aslında bir süreç. Şüphe yok ki, insan aktiviteleri giderek arttığında, yani karbondioksit gibi sera gazlarının atmosfere salınımını artırdığımız sürece bu küresel ısınma süreci devam edecek. Bu sürecin sonunda ise kutuplarda bulunan buzulların, Alp dağları Himalayalar gibi yüksek rakımlı bölgelerdeki kıtasal buz örtülerinin erimesi gerçekleşeceği ortada. Özellikle kutuplardaki buzulların erimesi denizlerdeki tuzluluk oranını değiştireceğinden ve bu değişimin sonunda dünya üzerindeki iklimi dengeleyen okyanus akıntıları etkilemesi sonucu bir buz devrinin yaşanabileceği söylenebilir. Bu yazımızda ise buz devrinin nedenlerine ve yakın zamanda bir mini buzul çağının yaşanıp yaşanmayacağına değineceğiz. Bir buz devri ya da daha sık kullanılan ifadesiyle bir buzul çağı, Dünya'nın yüzey ve atmosfer sıcaklığının uzun süreli düştüğü bir dönemi ifade eder. Sıcaklıkta böyle bir düşüşün sonucunda ise kıtasal buz örtüsü, kutup buz örtüsü ve Alp buzulları genişler. Uzun süreli bir buz devrinde, soğuk iklimin zaman zaman şiddetinin oldukça arttığı zamanlar buzul çağları olarak da ifade edilir ve bu soğuk iklimin şiddetinin azaldığı “aralıklı sıcak dönemler” ise buzularası olarak adlandırılır. Buzul bilimine göre hâlâ günümüzde dünyamızın kuzey ve güney yarımkürelerinde bulunan geniş buz örtülerinin aslında bizlerin bir buz devri içerisinde yaşadığımızı söyler. Bu tanım ise bize Pleistosen çağının başında başlayan buz devrinin hâlâ sürdüğünü açıkça söyler çünkü Grönland ve Antartika'da hâlâ buz örtüleri vardır. Buz devirlerinin varlığına işaret eden üç tür kanıt vardır. Bunlar jeolojik, kimyasal ve paleontolojik kanıtlardır. Buzul çağları için jeolojik kanıtlar kaya erozyonu ve yüzey kazınması, buzultaş ve toprağı, jeolojide drumlin denilen dar tepeler, vadi kesimi ve buzul tortuları birikintisi ve değişken buzullar gibi çeşitli formlar halindedir. Ardışık buzullaşma jeolojik kanıtları tahrif etme ve silme eğilimindedir ve bu da buzul çağlarını yorumlamayı zorlaştırmaktadır. Ayrıca, bu kanıtlar bugüne kadar tarihlendirilmesi zordu, ilk teoriler buzulların uzun buzularalarına kıyasla kısa olduğunu kabul ediyordu. Dip tortularının ve bu çekirdeklerinin görünmesi gerçek durumu ortaya çıkarıyordu: buz devri uzun, buzularası ise kısa. Bunun anlamı ise Dünya’nın aslında daha çok soğuk iklimin şiddetli olduğu bir dönemden geçtiğine yönelik bir sonuca götürür bizi. Bu güncel teorinin oluşması da biraz zaman aldı. Kimyasal kanıtlar ise ağırlıklı olarak dip tortuları ile tortul kayaçlar ve okyanus tortul çekirdeklerindeki mevcut fosillerin izotop oranlarının değişimlerinden oluşmaktadır. Buz çekirdekleri, hava kabarcıklarını da kapsayan atmosferik numunelerden ve buzlardan gelen fiziksel karakteristikler o zaman ki iklimi tanımlar. Ağır izotoplar içeren suyun buharlaşması, daha yüksek bir ısı gerektirdiğinden, bu oran soğuk koşullar ile azalmaktadır. Bu da sıcaklığın kayıt edilmesini sağlar. Ancak, bu kanıtlar izotop oranları tarafından kaydedilen diğer faktörler nedeniyle karmakarışık hâle gelebilir. Paleontolojik kanıtlar fosillerin coğrafi dağılımındaki değişimlerinden oluşmaktadır. Bir buzul döneminde soğuğa adaptasyonunu sağlamış organizmalar düşük enlemlere yayılır ve sadece sıcak koşullarda yaşayabilen organizmalar nesli tükenmiştir veya düşük enlemlerin içine sıkışmıştır. Bu kanıtın da yorumlanması zordur : Dip tortularının geniş bir enlem aralığında uzun bir dönemi kapsaması, Değişim olmaksızın birkaç milyon yıldır yaşayan antik organizmaların hangi sıcaklığa uygun olduklarının kolayca teşhis edilmemesi İlgili fosillerin bulunması gibi hususlar nedeniyle yorumlanması zordur. 12 Büyük Buz Devirleri Dünya'nın geçmişinde en azından beş büyük buz devrinin yaşandığı biliniyor. Yüksek enlemlerde yani kutup bölgelerindeki buzullar böyle devirlerden kalmadır. İlk bilinen buz devri 2.3 milyar yıl önce Proterozoik dönem sırasında oluşmuş (http://www.scientificamerican.com/ article.cfm?id=the-first-ice-age). Gezegen yüzeyinin buzla kaplandığı yer bilimciler tarafından düşünülüyor. 850-630 milyon yıl önce Cryogenian döneminde oluştuğu düşünülen bir diğer büyük buz devri buzulların ekvatora kadar ulaştığı bir Kartopu Dünya ürettiği söylenebilir. Muhtemelen yanardağlar tarafından üretilen karbondioksit (CO2) gibi sera gazlarının birikmesi ile sona eriyor. Okyanuslar üzerindeki buzun ve kıtalar üzerindeki buzun varlığı silikat ayrışması ve fotosentezin her ikisini engellemiş olabilir, Bu buz devrinin sonundan Ediacaran ve Kambriyen Patlaması için sorumlu olduğu öne sürülüyor ama bu model henüz yeni ve tartışmalı. 420-460 milyon yıl önce AndeanSaharan isminde diğerleri kadar büyük olmasa da bir buz devri meydana gelmiş. 360-260 milyon yıl önce Güney Afrika'da aralıklarla geniş kutup buzullarının Güney Afrika'nın Karoo bölgesi'nde olduğuna dair açıkça kanıtlar keşfedildi. Bu nedenle bu buz devrine Karoo Buz Devri denilmektedir. Ayrıca antik süper kıta Dongwanaland'ın merkezindeki Arjantin'den de benzer kanıtlar elde edildi. Günümüz buz devri, Pliyosen-Kuvaterner buzulu, Kuzey Yarımküre’de buz örtülerinin yayılmaya başladığı 2.58 milyon yıl önce başlar. O zamandan beri, dünya 40.000 ila 100.000 yıllık bir zamanda buzul dönemleri olarak adlandırılan bir zamanda buz örtülerinin genişlediği ve gerilediği buzul döngülerini gördü. Dünya şu an bir buzularasında ve son buzul dönemi 10.000 yıl önce sona erdi. Kıtasal buz örtülerinin tüm kalanları olarak Grönland ve Antartika buz örtüleri ve Baffin Adası gibi küçük buzullar vardır. Buz Devirlerinin Nedenleri İster uzun dönemli bir buz devri olsun ister kısa süreli bir buzul çağı yahut buzulbuzularasında olan dönemler olsun buz 13 devirlerinin nedenleri tam olarak anlaşılamamıştır. Yine de atmosferin bileşimi, Dünya'nın yörüngesindeki değişimler, tektonik plakaların hareketi, Dünya-Ay sisteminin yörünge dinamikleri, Güneş aktivitelerindeki değişimler, volkanizma, nispeten büyük meteoritlerin etkisi gibi önemli faktörlerin buz devirlerinin oluşum nedenleri arasında gösterilebileceği konusunda bilim insanları arasında bir uzlaşma var. Bu faktörlerin bazıları birbirlerini etkileyebilir. Örneğin, Dünya'nın atmosfer bileşimindeki değişimler (sera gazlarının oranlarının değişmesi özellikle) iklimi etkileyebilir, iklim değişirken kendisi atmosfer bileşimini değişebilir Dünya atmosferindeki değişimler: Son 100 - 1000 yıllık oldukça yakın bir dönemde insan aktivitelerindeki artış, özellikle fosil yakıtların yanması, Güneş ısısını tuzaklayan/tutan atmosferdeki sera gazlarındaki hızlanan artışa ve paralelliğe neden olduğuna dair ciddi kanıtlar vardır. Bilim insanlarının bir çoğunun görüş birliğine vardığı teori ortaya çıkan sera etkisinin aynı dönemde meydana gelen küresel ısınmanın artmasının temel bir nedeni olduğu üzerinedir. Kalan buzulların ve kutup buz örtüsünün "hızlanarak" erimesinin ana nedenidir. Sera gazı seviyelerinin buz devirlerinin başında düşmesi ve buz örtülerinin geri çekilmesi sırasında yükselmesi bunun kanıtıdır. Fakat sera gazların etkisi ve nedeni arasındaki bağlantı kurmak zordur. Sera gazı seviyeleri aynı zamanda kıtaların hareketi ve volkanizma gibi buz devirlerinin nedenleri olarak ileri sürülen diğer faktörleri de etkilemektedir. Kartopu Dünya hipotezi geç Proterozoyik içinde ciddi donmanın atmosferdeki karbondioksit seviyesinin artışı ile sona erdiğini savunuyor ve Kartopu Dünya'nın bazı destekçileri atmosferdeki karbondioksitteki düşme nedeniyle Kartopu Dünya'nın oluştuğunu iddia ediyorlar. Bu hipotez böylelikle gelecekteki bir Kartopu Dünya'ya işaret ediyor. Science dergisinin Ağustos 2009 sayısında yer alan bir çalışma, bir buz devri sonrasında Dünya'nın ısınması için ilk tetikleyici faktörün Güneş aktivitelerindeki değişimin bir kanıtı olduğunu değişimin şiddeti için ise sera gazlarındaki artış gibi ikinci faktörlerin önemli olduğu ortaya konmaktadır. 18. yüzyıla yani Endüstri Devrimi'ne kadar olan dönemde insanların tarım faaliyetleri yaptığı 8000 yıl öncesinden o döneme kadar Dünya iklimini ve ekosistemini insanların önemli bir etkide bulunmadığı ama Endüstri Devrimi'nden sonraki Dünya tarihinin son döneminde insan aktiviteleri önemli bir küresel etkiye sahip olduğu düşünülüyor. Atmosferdeki sera gazı seviyeleri yazının devamında anlatacağımız Milankovitch döngüleri denen periyodik düzeni takibi durdu bu etkiler yüzünden. William Ruddiman'ın gecikmiş-buzullaşma hipotezi ise ilk çiftçilerin aktivitelerinin muhtemelen birkaç bin yıl önce başlaması gereken zamanlanmış buzulun gelişini önlediğini öne sürüyor. Ancak bu hipotez olarak öne sürülse de herhangi bir kanıt henüz yok. 17 Aralık 2008 tarihinde yapılan Amerikan Jeofizik Birliği'nin bir toplantısında bilim insanları Asya'daki büyük çapta pirinç tarımının Avrupa'daki geniş ormansızlaştırma ile birleştirildiğinde son 1000 yıldır atmosferdeki sera gazlarının büyük miktarlara yükseltilmesiyle dünya iklimini değiştirmeye başladığı tartışmalı fikrini destekleyen kanıtları ayrıntılı olarak ele aldılar. Buna karşılık, daha sıcak bir atmosfer küresel ısınmayı destekler ve karbondioksitin daha az depolanması (daha çok salınması) da okyanusları ısıtır böylelikle yeni bir buzul çağının başlangıcı önlenmiş olur. 14 Kıtaların konumu: Jeolojik kayıtlar gösterir ki buz devirleri kıtalar ekvatordan kutuplara ısınan suyun akışı azaltacak veya engelleyecek şekilde konumlandığında başlıyor. Bu böylece buz örtülerinin oluşmasına izin veriyor. Buz örtüleri Dünya'nın yansıtıcılığını artırır ve böylece Güneş radyasyonunun emilmesi azalır. Daha az Güneş radyasyonu emildiğinde atmosfer soğur: soğuma buz örtülerinin genişlemesine/büyümesine neden olur, böylece yansıma da giderek artar. Buz devri sera gazlarının oluşturduğu sera etkisinin artmasının neden olduğu aşınmadaki azalmaya dek devam eder. Bugünkü Dünyamız Güney Kutbu üzerinde bir kıtaya ve Kuzey Kutbu üzerine neredeyse karalarla kilitlenmiş bir okyanusa sahip. Yer bilimciler Dünya'nın jeolojik yakın geleceğinde buzul dönemlerini yaşamaya devam edeceğine inanıyorlar. Bazı bilim insanları günümüz buz devindeki önemli bir faktörün Himalayalar olduğuna inanıyorlar. Çünkü böyle dağlar Dünya'nın toplam yağışını artırmıştır ve böylelikle atmosferin dışını yıkayan karbondioksiti oranı sera gazı etkisini azalt- mıştır. Himalayaların oluşumu yaklaşık 70 milyon yıl önce başladı ve Hilmalayalar hâlâ her yıl 5 milimetre civarında yükselmeye devam ediyor. Himalayaların geçmişine göre 40 milyon yıl önce orta-Eosen'den beri Dünya’nın ortalama sıcaklığı uzun vadeli olarak düşüş göstermiş. Okyanus akıntılarındaki dalgalanmalar: Antik iklim rejimlerine başka önemli bir katkı da kıtaların konumu, deniz su seviyeleri ve tuzluluk oranları gibi başlıca faktörlerin düzenlediği okyanus akıntılarının değişimidir. Bu okyanus akıntıları soğutabilirler örneğin Antarktika buzulunun oluşmasında rol almaları gibi ve ısıtabilirler tıpkı Britanya adalarını kuzey iklimine zıt olarak ılıman bir sıcaklıkta tuttukları gibi. Panama Kıstağı'nın kapanması yaklaşık 3 milyon yıl önce tropik Atlantik ve Pasifik Okyanusu arasındaki suyun değiş-tokuşunun sona ermesiyle Kuzey Amerika üzerinde güçlü bir buzullaşmaya şimdiki dönemde yol açmış olabilir. 15 Okyanus akıntı dalgalanmalarının son buzul salınımları ile yeterince açıklanabildiğini analizler önermekte. Son buzul dönemi sırasında deniz suyu seviyesi 20-30 metre dalgalanmış, kuzey yarımküre buz örtülerinde çoğunlukla. Buz toplandığında ve deniz su seviyesi yeterli düzeyde düştüğünde, Berin Boğazı (Sibirya ve Alaska arasında bugün için 50 metre derinliğe sahip dar bir boğaz) boyunca akış azalmıştı, sonucunda ise Kuzey Atlantikten gelen akış arttı. Atlantikteki bu termohalin dolaşımının yeniden düzenlenmesi biriken kutup buzunun erimesine ve diğer kıtasal buz örtülerinin azalmasına neden olan Arktik içine ısı aktarımını artırır. Serbest kalan su deniz su seviyelerini artırmasına karşın Pasifikten gelen soğuk su girişi ile kuzey yarımküre buz birikmesi beraberinde kayma. Milankovitch döngüleri: Milankovitch döngüleri Güneş etrafındaki Dünya'nın yörüngesinin karakteristiklerindeki döngü değişimleri kümesidir. Her bir döngü farklı bir uzunluğa sahiptir, yani bazı zamanlar onların etkileri bir diğerini güçlendirebilir ve diğer zamanlar onlar bir diğerini kısmen iptal edebilir. Milankovitch döngüleri bir buz devri içinde buzularası ve buzul dönemlerin meydana gelmesini etkilediğine dair güçlü kanıtlar vardır. İçerisinde bulunduğumuz buz devri en çok çalışan ve en iyi anlaşılanıdır, özellikle son 400.000 yılı, buz çekirdekleri sı- caklık ve buz hacmi ile ilgili veriler ve atmosferin bileşimini kaydeden buz çekirdekleri ile kaplı olduğundan beri. Bu dönem içerisinde, Milankovic yörüngesel kuvvet dönemleriyle uyumlu buzul/buzularası frekansları çok yakındır, yörüngesel kuvvet genellikle kabul edilmektedir. Güneş'e olan uzaklığın değişimin kombine etkileri, Dünya ekseninin presesyonu ile kombine etkileri ve Dünya tarafından alınan Güneş ışığının Dünya ekseninin eğimine göre yeniden dağılıma sahip olur. Dünya ekseninin eğimlerindeki değişimler oldukça önemlidir, mevsimlerin yoğunluğunu etkiler çünkü. Örneğin, 65 derece kuzey enleminde Temmuz ayındaki Güneş'in akı miktarı 450 W/m2'den 550 W/ m2'ye %25 oranında değişir. Buz örtüleri yazları önceki kıştan karyağışı ile birikenlerin tümünü eritmeye çok soğuk olan yazlarda ilerlediğine büyük ölçüde inanılırdı. Bazı çalışanlar yörüngesel kuvvetin gücünün buzullaşmayı tetiklemesi için çok olduğunu düşünüyorlar ama karbondioksit gibi geri besleme mekanizmaları bu uyumsuzluğu açıklayabilir. Milankovitch döngülerine göre son 800.000 yıldır buzul-buzularası salınımın baskın periyodu 100.000 yıldır. Bunun anlamı ise Dünya'nın dışmerkezliliğin ve yörünge eğikliğindeki değişimlere karşılık gelir. Ancak bu Milankovitch tarafından tahmin edilen üç frekansın zayıf olduğunu da gösterir. 3 milyon-0.8 milyon yıl önce- 16 3 milyon-0.8 milyon yıl öncesine denk gelen bir dönemde, baskın buzullaşma dönemi Dünya eksenin eğimindeki değişimlerin 41.000 yıllık periyoduna karşılık gelir. Bir frekansa karşı diğerinin üstünlüğün nedenleri anlaşılması zayıftır ve bugün ki güncel araştırmaların aktif bir alanıdır ama Dünya'nın iklim sistemindeki bazı rezonans formu ile ilgili muhtemelen bir cevap sayılabilir. Geleneksel Milankovitch ifadesi son 8 döngünün 100.000 yıllık döngüye sahip olduğunu açıklamaya çalışır. Ancak son yapılan çalışmalarla bu döngülerin farklı yıllarla olduğu tartışılmakta ve yeni bulgular ortaya konmaktadır. Volkanizma: Volkanik patlamalar buz devilerinin başlamasına veya sonlanmasına katkıda bulunmuş olabilir. Denizaltı volkanlarının metanı atmosfere salmasıyla sera etkisinde hızlı bir artışa neden olduğunu ileri süren çeşitli araştırmalar yapıldı. Bu tür patlamaların olduğuna dair jeolojik kanıtlar olmasına rağmen yine de bu patlamaların buz devirleri için tek başına bir neden olabileceğini ispatlamaz. Diğer taraftan, örneğin, 1815 yılında Endonezya'da Tambora yanardağındaki volkanik patlamalar sonucunda atmosferi kül kap- lar ve ertesi yıl 1816'da yaz olmayan bir yıl geçirir dünya. Buna dair, Kuzey Avrupa ve Kuzey Amerika'nın kuzeydoğusu Yeni İngiltere'de Haziran ve Temmuz aylarında don ve kar yağışı olaylarının yaşandığı biliniyor. Yani, volkanik patlamalar sonucu atmosfere yüksek oranda kül ulaştığında bu tüm dünyayı kaplayabilir. Böylesine bir durumda, volkanik küller gezegenimize gelen güneş radyasyonunu engelleyen bir bulut gibi davranacaktır, bu da dünya çapında bir soğumaya neden olur; bir patlamadan sonra bu soğumanın etkisi iki sene kadar sürebilir. Volkanik küller içinde sülfür dioksit gazını oluşturan sülfür vardır, dolayısıyla volkan patlamaları sırasında sülfür de atmosfere karışır. Sülfür parçacıklar atmosferde stratosfer tabakasına ulaştığından, sülfürik asit parçacıklarına dönüşür. Bu parçacıklar da güneş ışınlarını yansıtır ve soğumanın sebebini oluşturan dünya yüzeyine güneş radyasyonundaki miktarın azalmasında başlıca sebeplerdendir. Özetlemek gerekirse, volkanik patlamaların atmosfere saldığı gazlar/ volkanik küllerin oranına göre gezegenimizin ortalama sıcaklığına etki ettiği açıktır. 17 Tambora yanardağının kalderası... Mini Buzul Çağı önemli bir yoğunlaşma olayı takip etti. 1315 yılında başlayan üç yıllık sağanak yağmurlar Kuzay Avrupa'da öngörülemeyen bir dönemi başlattı, ki 19.yüzyıla dek Kuzey Avrupa'da daha aşırısı olmamıştı. Buna karşılık, buzul uzunluğuna dayalı bir iklim yapılandırması 1600'den 1850 yılına kadar büyük bir değişimin olmadığını gösteriyor, buna rağmen buzul örtülerinde güçlü bir geri çekilmeyi gösteriyor. Özetle Mini Buzul Çağı’nı adımlar hâlinde ele alırsak, 1250’de Atlantik buzulu genişlemeye başlıyor Buzullaşma yüzünden ölen bitkilerin radyokarbon tarihlemesine göre 1275-1300 yılları arasında Baffin Adası ve Izlanda’da buzullar var 1300’de Kuzey Avrupa'da sıcak yazlar durmaya başlıyor 1315-1317 arası Büyük Kıtlık yaşanmış 1550’de Dünya çapında buzullaşmanın genişlemeye başlaması (teoride) İlk iklimsel minumum (yani büyük soğuma)1650 yılında yaşanıyor 19. yüzyıl sonlarında ve 20. yüzyıl başlarında ise Mini Buzul Çağı sona eriyor. Mini Buzul Çağı, “Ortaçağ Isınma Dönemi” sonrası meydana gelen soğturma dönemidir. Gerçek bir buz devri olmasa da 1939 yılında François E. Matthes tarafından bilimsel literatüre girmiştir. Geleneksel olarak 16. yüzyıldan 19. yüzyıla uzanan bir dönemi tanımlar. Yerel kayıtlar ile çalışan iklim bilimciler ve tarihçilere rağmen bu dönemin başlangıç ve son tarihleri üzerinde bir uzlaşma yok. NASA ise 1550 ve 1850 yılları arasında soğuk bir dönem belirledi ve bunu özellikle üç döneme ayırdılar: ilki yaklaşık 1650 yılında başlıyor, bir diğeri 1770 yılında ve sonuncusu 1850 yılında, her biri hafif ısınma aralıklarla ayrılıyor. Mini Buzul Çağı'nın başladığı yıllar, 13.yüzyılın başlangıcına kadar uzanabilir, buzullaşma Kuzey Atlantik'ten güneye doğru ilerlemeye başlar bu yüzyılda, Grönland buzullarında olduğu gibi. Neredeyse dünya çapında buzulların genişlediğine dair anekdot kanıt yoktur ama Baffin Adası ve İzlanda üzerindeki buzullar altında toplanan ölü bitkilerden yaklaşık 150 numunenin radyokarbon tarihlemesine göre Miller ve arkadaşlarının çalışmaları 1275 ve 1300 yılları arasında birden bire başlayan buzullarda genişleme ve Açıkça görülür ki bir mini buzul çağının soğuk bir yazın varlığını gösterdi. Buna oluşması yüzyıllar almaktadır. ilaveten 1430'dan 1455'e kadar olan yıllar 18 Mini Buzul Çağı mı Geliyor? Son yılların en sert ve uzun süren kış mevsimini yaşarken mini buzul çağının geldiğine dair haberler yer aldı. Haberde bazı bilim insanlarının yaptığı çalışmalara atıfta bulunuyor. Bu bilim insanları yazı içerisinde bahsettiğimiz buz devrinin nedenleri arasında gösterdiğimiz okyanus akıntılarından birinin, Atlantik Okyanus’taki sıcak su akıntısında yavaşlama gördüklerini ifade etmişler. Gelecek yıllarda da bu yavaşlamaya bağlı olarak sıcaklıklarda düşmenin gerçekleşebileceği söylenebilir. Oysa bir buzul çağının yaşanması için yüzyıllarca süren bir sürecin gerçekleşmesi gerekiyor. Yazımız içerisindeki tarihlere ve dönemler halinde yaşanmış buzul çağları hakkındaki bilgilere bakılırsa da bu açıkça görülebilir. Dolayısıyla bir anda buzul çağı yaşanmaz. Bu konuda Boğaziçi Üniversitesi’nden iklim fiziği alanındaki çalışmaları ile bilinen Prof. Dr. Levent Kurnaz’a göre, “bunun meydana gelebilmesi için korkunç bir şeyin gerçekleşmesi gerekir. Mesela dünya bundan 11.000 sene önce de 1.000 yıl süren bir buzul çağına girdi ve bu buzul çağına girmesi bir seneden kısa sürdü. Bu buzul çağının sebebi o zamanlar Kuzey Amerika'nın büyük çoğunluğunu kaplayan bir tatlı su gölünü tutan doğal barajın yıkılarak suların tamamının korkunç bir sel şeklinde Atlantik Okyanusu'na akmasıydı. Bugün için dünyada böylesi bir ani felaket beklemediğimiz için iklim değişikliklerinin yavaş gerçekleşmesini bekliyoruz.” [8] İklim değişikliği hakkındaki bilgilerimize göre Endüstri Devrimi’nden bu yana atmosfere saldığımız sera gazları atmosfer bileşimindeki düzenin dışına çıkarak Güneş’ten gelen ışınları daha fazla atmosfer içinde tutmakta. Bu süreç giderek hızlandığında, atmosferin ısı tutma kapasitesi arttığında gezegenimizin ortalama yüzey sıcaklığı da giderek artacaktır. Artan bu ortalama sıcaklıkla beraber kutuplardaki buzulların erimesi sadece deniz su seviyelerinin yükselmesine sebep olmayacak diğer yandan da denizlerdeki tuzluluk oranlarının değişmesine yol açacak çünkü eriyen buzullar deniz sularının tam tersine tatlı sulardır. Değişen tuzluluk oranları, okyanus akıntılarını etkiler ve bu okyanus akıntılarının değişmesi de dünya üzerindeki bütün iklim sistemlerini etkileyecektir. Dünya iklim sistemlerinin bu şekilde bir değişime maruz kalması biz insanlar gibi tüm canlıları olumsuz yönde etkileyecek bir olgudur. Nihayetinde, canlılar yaşadıkları bölgenin iklimine uyum göstererek hayatta kalmayı başarabilirler. Yaşamımızı doğrudan etkileyen iklimin tüm dünya üzerinde farklılaşması uyum sağladığımız tüm çevreyi değiştirecektir, hayatımızın daha zorlu olacağı anlamına da gelir bu. Küresel ısınma dönemi içerisine girdiğimiz bilinen bir gerçek iken zaman zaman yaşadığımız sert kışların ardından dünyadaki iklimlerin bir değişim içinde olmadığına düşünen insanlar olurken bu hataya asla düşülmemeli. Çünkü iklim değişikliğinin bir sonucu olarak mevsimlerde tutarsızlıkların yaşanacağı, yağışların daha sert olduğu kasırga gibi olayların daha şiddetli, daha fazla olacağı ama kısa süreceği yazların giderek daha kurak ve daha sıcak olacağı, aşırı sıcaklıklardan insanların yaşamını yitireceği bilim insanları tarafından açıklanmaktadır. Sonuç olarak, bugün bir buzul çağı dönemine girip girmediğimizden daha çok değişmekte olan bir dünya iklimine sahip olduğumuzu bilmemiz daha önemli. Evet, iklimimiz değişiyor! Gökhan Atmaca Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Kaynaklar: 1. Gökhan Atmaca, Küresel İklim Değişikliği, NetBilim Dergisi 5.Sayı, Aralık 2009 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Ice_age 3. http://en.wikipedia.org/wiki/ Little_ice_age 4. http://en.wikipedia.org/wiki/ Ice_sheet 5. http://en.wikipedia.org/wiki/ Timeline_of_glaciation 6. http://www.giss.nasa.gov/research/ news/20120130b/ 7. http://www.yerbilimleri.com/yenibulgular-ve-kartopu-dunyavarsayimi/ 8. http://leventkurnaz.blogspot.com/ 2012/02/yarn-buzul-cagnagirmiyoruz.html 19 3. Nükleer Enerji ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları Uluslararası Konferansı 20-23 Mayıs 2012 Tarihleri Arasında İstanbul’da Gerçekleştirilecek: http://www.nurer.org NetBilim Dergisi’ne Reklam Verebilirsiniz! İletişim: [email protected] Karanlık Madde Ali Çiçi Uludağ Üniv. Fizik Böl. Kuark Bilim Topluluğu Karanlık madde, ışıma yapmayan, normal madde ile sadece kütle çekimsel olarak etkileşen maddelere denir. Karanlık madde evrene düzgün dağılmamış ve miktarı normal madde miktarından çok daha fazladır. Evrendeki toplam kütle çekimsel enerjinin yaklaşık %4'ünü normal madde oluştururken, %22'sini karanlık madde ve %74'ünü karanlık enerji oluşturmaktadır. Çeşitli karanlık madde adayları vardır. Bunlar Baryon kökenli ve baryonik olmayanlar diye ikiye ayrılır. Baryon kökenli karanlık madde çeşitleri: Macho'lar (Büyük kütleli sıkı halo cisimleri), beyaz cüceler, kızıl ötesi yıldızlar, kahverengi cüceler, gezegenler, yüzey parlaklığı düşük galaksiler, nötron yıldızları, kara delikler, gaz, toz bulutları, kuark külçeleri. Baryonik olmayan karanlık maddeler ise; CDM (soğuk karanlık madde), HDM (sıcak karanlık madde), Wimp'ler (zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıklar), nötrinolar, susy parçacıkları ve aksiyonlardır. NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Karanlık maddenin varlığını, büyük ölçeklerde ışınım yapan maddenin miktarı ile galaksilerin özel hızlarının bağdaştırılamamasından anlıyoruz. Yani, karanlık madde, özel hızları kütle çekim yolu ile etkiliyor. Caltech Üniversitesi'nden Prof. Fritz Zwicky, Berenis'in Saçı takımyıldızını araştırırken bir şey fark etti. Berenis'in Saçı takımyıldızının devinimlerini ölçerken bu kümede ne kadar kütle olduğu hakkında bir tahminde bulundu. Sonra da galaksilere bakarak aslında ne kadar kütle gördüğümüz gerçeği ile kıyasladı. Işıklı kütle miktarına göre kümeler içindeki galaksiler hızlı hareket ediyorlardı. Bu kadar yüksek hızı açıklayabilmek için, ışıklı kütleden daha fazla kütle olması gerekiyordu. Karanlık madde bir küme içerisindeki tüm galaksilerin hızlarını kütle çekimiyle etkileyebiliyordu. Kütleden ne kadar uzaklaşılırsa, kütle çekiminden o kadar az etkileneceği için yörüngedeki cisim daha yavaş hareket etmesi gerekiyor, galaksiler için de aynı şey söz konusu. Ancak galaksi dönüş oranları üzerine olan çalışmaların öncüsü Amerikalı astro- nom Vera Rubin tuhaf bir şey keşfetti. Rubin, Samanyolu'na benzer galaksilerin dönel eğrilerini inceliyordu. Rubin'in keşfi, ne kadar uzağa giderseniz gidin bir maddenin yörüngesindeki gaz ve tozların hızları sabit kalıyordu. Galaksilerin dış bölümleri daha hızlı dönüyordu, galaksilerin parçalara ayrılmaması için daha fazla kütle olması gerekiyordu. Bu paradoksun çözümü galaksinin etrafında görünmez bir maddeden hale olduğunu varsaymaktır. Karanlık madde galaksilerde mevcuttu ve dönüş hızını sabit tutuyordu. Baryon Kökenli Karanlık Madde Karanlık madde ile görünen maddenin aynı dairesel hıza sahip olduğu düşüncesi, karanlık maddenin de baryonik olduğu ileri sürülmektedir. Karanlık maddenin çoğunun da baryon kökenli olmadığı düşünülmektedir. Yine de baryon kökenli karanlık madde, görünen maddenin bir kaç katıdır. 3 Boyutlu karanlık madde haritası Macho'lar: Baryon kökenli karanlık maddenin en ciddi adayıdır. Kara delikler, beyaz cüceler, nötron yıldızları, küçük kütlelerinden dolayı yıldız olamamış cisimler Macho yani Büyük Kütleli Sıkı Halo Cisimleri sayılabilir. Kızıl Ötesi Yıldızlar: Görünür ışımadan çok, kızıl ötesi ışıma yaparlar. Güneş'in yaklaşık onda biri kadar bir kütleye sahiptir. Kızıl ötesi yıldızların galaksi halomuzun kütlesinin %6'sını oluşturduğu düşünülmektedir. Kahverengi Cüceler: Vaktinden önce doğmuş, Güneş'imizin yaklaşık %8'i kütleye sahip yıldızlardır. Çekirdekleri hidrojeni helyuma çevirecek kadar sıcaklığa ulaşamaz. Çekirdeklerinde tepkime olmadığı için ışıma yapamazlar ve bu yüzden bunlar yakınımızda bulunmadığı sürece saptanmaları zordur. Yüzey Parlaklığı Düşük Galaksiler: Yüzey parlaklığı normal bir galaksiden 5 ile 20 kat daha az ve sönük galaksilerdir. Evrendeki karanlık madde miktarının ne kadarının bu galaksilerin oluşturduğunu ancak sayılarını bildiğimizde anlayabiliriz. Nötron Yıldızları: Kütlesi, Güneş kütlesinin 1,4 katı ile 2 katı arasında olan yıldızlardır, karanlık maddeye çok fazla katkıları yoktur. Kara Delikler: Evrenin ilk zamanlarında oluşmuş ilkel kara delikler karanlık madde adayıdır. Ancak Stephen Hawking'e göre de ilkel kara delikler buharlaşmış olması gerekiyor. Gaz: Hangi sıcaklıkta ve yoğunlukta olursa olsunlar spektrumun herhangi bir kısmında ışıma ve soğurma yaparlar. Ancak, galaksilerde ve kümelerde hem parlak hem de soğuk baryonik gazın olduğuna dair kanıtlar vardır. Kümelerdeki karanlık madde için sıcak gaz iyi bir takipçidir, bu gaz sönük ve parlak maddenin yüksek yoğunlukları etrafında kümelenmektedir. 24 Toz Bulutları: Ağır elementlerden oluşur ve yıldızların iç bölgelerinde üretilirler. Süpernova esnasında enjekte edilirler. Toz karanlık haloda önemli bir bileşen olacaksa diğer yıldızların haloda çok fazla sayıda olması gerekiyor. Bu yüzden toz bulutları ciddi bir karanlık madde adayı değildirler. Kuark Külçeleri: Bunlar birçok kuarkın teoride kümelenmeleridir. Erken evren esnasında üretilmişlerdir. da üretildiler. Evrenin ilk zamanlarında toplam yük korunumu ve parite değişmezliğinin ihlali geniş çaplı bir aksiyon üretimine neden oldu. Üretilen aksiyon sayısı, notrino sayısından bile çok daha fazla olabilirdi. Aksiyonların normal madde ile etkileşimleri çok zayıf olduğundan şimdiye kadar saptanamamışlardır. Karanlık madde evrende sadece gizemli bir kütle değil. Artık bilim insanları karanlık maddenin Büyük Patlama sırasında oluştuğunu biliyorlar. Karanlık madde kütle çekimi etkisi ile bildiğimiz maddeye, yıldızlara kümelenecekleri yapı iskelesi oluşturuyorlardı. Kozmik bir ağ gibi davranarak, galaksilerin iskeleti rolünü üstleniyorlardı. Bu da aslında galaksilerin neden rastgele biçimde oluşmuş gibi göründüğünü açıklıyor. Karanlık maddenin kütle çekiminden kaynaklanıyordu. Bilim insanları kütle çekimsel merceklenme yöntemi ile evrendeki karanlık maddenin üç boyutlu bir haritasını çıkardılar. Işık, Einstein'ın da dediği gibi kütle çekiminden etkileniyor ve bu sayede karanlık maddenin de ışığa etkisi gözlemlenebiliyor. Bu yöntemle karanlık maddenin nerede kümelendiğini görebiliyoruz. Karanlık maddenin haritasını galaksilerin yerleri ile kıyasladığımızda bir iskelet gibi davrandığını görebiliriz. Baryonik Olmayan Karanlık Madde Baryonik olmayan karanlık madde soğuk karanlık madde ( CDM ) ve sıcak karanlık madde (HDM) diye ikiye ayrılır. Soğuk karanlık madde parçacıkları WIMP olarak da adlandırılırlar. Sıcak karanlık madde parçacıklarına göre WIMP'ler daha düşük hızlarda hareket ederler. CDM parçacıkları birbirleri ile kütlesel çekim yoluyla etkileşirler ve diğer maddelerle zayıf normal bir etkileşimde bulunurlar. HDM parçacıkları CDM parçacıklarına göre çok daha hafiftirler ve ışık hızına yakın hızlarda hareket ederler. Elektron nötrino, müon notrino, tau nötrino ve bunların karşıtları HDM'ler için adaydırlar. Evrenin kapalı olabilmesi için yeterli sayıda fotino gibi egzotik WIMP'lerin bulunması gerekiyordu. Fotinonun varlığı, süpersimetri adı verilen bir teori tarafından öngörülmektedir. Bu teori kardeş parçacıkların varlığını öne sürerek bilinen parçacıkların sayısını iki katına çıkarmaktadır. Diğer baryonik olmayan karanlık madde adayları SUSY parçacıklarıdır. Çok önceleri evrenin Süper-Simetri (SUSY) zamanlarında Planck zamanından önce doğanın dört kuvveti birleşmiş ve birbirlerinden ayırt edilemeyecek haldeydi. Her parçacık aralarında ħ/2 spin farkı olan kuramsal bir SUSY ortağa sahipti. SUSY parçacıkları günümüze ulaşacak kadar kararlı bir yapıdaysalar karanlık madde adayı olabilirler. Aksiyonlar, hafif kuramsal parçacıklar ve baryonik olmayan karanlık madde adayıdırlar. Aksiyonlar evrenin ilk zamanların- Ali Çiçi Uludağ Üniversitesi Fizik Bölümü Kuark Bilim Topluluğu Kaynaklar: Evrenin Kısa Tarihi – Joseph Silk http://tr.wikipedia.org/wiki/Karanl% C4%B1k_madde http://en.wikipedia.org/wiki/Vera_Rubin 25 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Anti Maddenin Doğası Üzerine Gökhan Atmaca* Gülcihan Utaş** Kuark Bilim Topluluğu *Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group **İstanbul Üni. Fizik Bölümü Elektronun zıt yüklüsü pozitron, anti proton ve anti nötronun keşfedilmesiyle anti gezegenlerin, anti yıldızların, anti galaksilerin olduğu bir anti evrenin varlığına dair yorumlar akıllara gelmiyor da değil. Peki bu anti madde nedir? Anti maddenin doğası üzerine kısa bir yolculuğa ne dersiniz? 26 D an Brown'un Melekler ve Şeytanlar isimli kitabı ve sinemaya uyarlanan filminde, bilim insanları en şaşırtıcı bilimsel problemlerden birini çözmüşlerdi: anti maddenin yakalanması ve depolanması. Gerçek yaşamda ise 2010 yılına kadar atomik anti maddenin tuzaklanması asla başarılamamıştı. Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde (CERN) çalışan fizikçiler hidrojen atomunun antimadde (karşıt madde) olarak karşılığı olan antihidrojeni tuzaklamayı/ yakalamayı başardılar. Bu gelişme ise 14 milyar yıl önce evrenin oluşumundan çok az bir zaman sonra gizemli bir şekilde kaybolan madde (anti madde) üzerine yapılan deneyler için bir kilometre taşı sayılabilir. İlk kez yapay olarak üretilen düşük enerjili antihidrojen atomları (bir antiproton çekirdeğinin yörüngesinde bir pozitron veya anti madde elektrondan oluşan atomlar) 2002 yılında CERN'de oluşturuldu. Fakat şimdiye dek, anti maddenin atomları evrenin oluşumundan sonra mikrosaniyeler içinde bir gama ışını parlamasında yok oldu ama normal madde ile evren genişlemeye devam etti. Antihidrojen Laser Fiziği Cihazı (ALPHA) deneyi California Üniversitesi, Berkeley Üniversitesi ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (LBNL) kurumlarından fizikçileri içeren uluslararası bir işbirliğidir. Bu deney ise 2010 yılında her biri bir saniyenin onda birinden biraz daha fazla sürede olmak üzere 38 antihidrojen atomunu tuzaklayabildi. Peki, bu tür deneyler neden yapılıyor? Antihidrojen ve hidrojen arasındaki farklılıklar, örneğin onların atomik spektrumundaki farklılıklar, fizikte parçacıkların yükleri ile ilgili parite değişimlerini açıklayan yük-parite-zamanı (CPT) simetrisini otomatik olarak ihlal mi ediyorlar, parçacıkları ve onların etkileşimlerini açıklayan bugün ki standart model çökmek üzere mi ve evrenin oluşumu sırasında eşit miktarlarda oluşan madde ve anti maddeden, Üstte bir antihidrojen atomunda pozitif yüklü bir antielektron (pozitron), negatif yüklü bir antiprotonun yörüngesindedir ve bu gösterim ise alttaki normal hidrojen atomunun ayna görüntüsüdür. Credit: Chukman So, copyright © 2011 Wurtele Research Group. All rights reserved. anti maddenin neden bugün evrenin oldukça büyük bir kısmında olmayışı gibi soruların cevaplarını bulmak amacıyla CERN'de ve diğer parçacık fiziği araştırma merkezlerinde böyle deneyler gerçekleştiriliyor. ALPHA deneyi de bunlardan biri. Anti madde nedir? Anti madde normal maddenin yani biz canlıları, evrendeki pek çok gezegeni, yıldızı, galaksiyi oluşturan maddenin yük olarak karşıtı şeklinde tanımlanabilir ve ilk kez 1931 yılında fizikçi Paul Dirac tarafından öne sürüldü. Anti madde normal madde ile etkileşmesi sonucu bir enerji parlaması (foton salarak) ile tamamen yok olur. Astronomlar uzayda önemli derecede anti madde yok olması ile ilgili herhangi bir kanıt göremezken anti madde bazı radyoaktif elementlerin bozunmalarında ve 27 ve dünyadaki yüksek enerji parçacık etkileşimleri sırasında üretildi. Berkeley Üniversitesi'nden fizikçiler Emilio Segre ve Owen Chamberlain 1955 yılında o zaman ki adıy l a Lawrence Rady asyon Laboratuvarı'nda şimdiki adıyla Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda Bevatron hızlandırıcısında antiprotonları oluşturmuşlardı ve anti maddenin varlığını doğrulayan bu çalışmaları ile 1959 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmışlardı. la birlikte ilk saniyelerde birbirlerini tamamen yok etmeliydiler. Madde ve antimadde karşılaştığında ortaya çıkan ışık tüm evreni sarmalıydı! Fakat, yine de biz, gezegenimiz, galaksiler burada. Ancak evrende görebildiğimiz her şey sadece maddeden oluşmuş gibi görünüyor. O zaman evrenin ilk zamanlarında antimadde ile maddenin bir arada ve eşit olduğunu söyleyen teori kaybediyor mu? Bu gizemin iki mantıklı çözümü söz konusu olabilir. İlki, maddenin fazla olmasında Evrende antimadde nerede? evrenin ilk saniyelerinden sonra antimaddenin giderek normal maddeye Standard Model büyük patlama sonrası dönüşmesi. Buna yönelik 1998 yılında maddeden daha fazla anti maddenin oluş- Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde ması gerektiğini öngörmesine rağmen ne- yapılan deneylerde kaon parçacığının antiden evren tamamen maddeden oluşmuş p a r ç a c ı ğ ı n a antidönüşmesinin gibi görünüyor? parçacıktan kaonun kendisine dönüşüStandard Model'e göre madde ve anti münden daha zor olduğu gözlendi. Yani, madde büyük patlama sırasında eşit mik- kaon parçacığı anti-parçacığına dönüşmetarda oluştu. Aslında, evrenin var oluşuyyi yeğlemektense anti-parçacığı bir Abell 1689 gibi galaksiler, fizikteki standart modele göre hiç şekilde kaon parçacığına dönüşüvar olmamalılar. (Image: NASA N Benitez (JHU) et al.,) yordu. Bu tür deneyler başka araştırma merkezlerinde de başka parçacıklar ile tekrarlanmaya devam ediyor. Diğer ikinci çözüm ise evrenin ilk saniyelerinde madde ve antimadde bir şekilde birbirlerini yok etme anlayışından kaçındıkları üzerine. Antimaddenin var olduğu bir gerçek iken evrende nerede bulundukları kuşkusuz büyük bir soru işareti. Bir yerlerde, kainatın bazı ayna bölgelerinde, karşıt-madde gizlenmiş ve karşıtkarşıt-yıldızlar, galaksiler ve hatta belki de karşıt-yaşam da var olmuş olabilir. Bu konuya değindiğimiz KBT Bilim Sitesi'ndeki yazımızı okuyabilirsiniz [4]. 28 Antimaddede yerçekimi: Antimadde yukarı mı düşer? Antimadde üzerine başka bir gizem ise antimaddeden oluşmuş bir canlı eğer dünya gibi bir gezegen üzerinde yaşasaydı dünyanın yerçekimine karşı nasıl davranırdı? Yük olarak maddenin zıttı olan antimaddeden oluşmuş bir canlı yukarı mı düşerdi? Yani bize karşı Dünya’nın uyguladığı yerçekimi antimadde üzerine nasıl etki ederdi? İşte bu sorulara cevap arayan bilim insanlarından bazıları Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde AEGIS isminde bir deney yürütüyorlar ve bu deneyde antiprotonların yerçekim ivmesini ölçmeyi umuyorlar. Buradan da yola çıkarak antimaddenin yerçekimi hakkında yeni bilgiler elde edebilirler. Bu konu hakkındaki ayrıntılara yine KBT Bilim Sitesi’nde yer alan yazımızı inceleyebilirsiniz[5]. Anti-dünya? Antihidrojeni üreten ve tuzaklamayı başaran bilim insanlarının antihelyumun ardından antikarbonlardan oluşan organik antimolekülleri ve sonra tüm antiperiyodik tabloyu yapmalarını bekleyebilir miyiz? Her antiatom için aynı zamanda atomaltı antiparçacıkların da üretilmesi gerekir, bir antidöteryum yapmak için önce antinötronun da yapılması gerekir. Antinötron nötr olduğundan elektromanyetik alanlar ile geleneksel yollarla yönlendirilmesi de imkânsız hâle gelir. Bu nedenle bunlardan çok sayıda yapmak gerek ve her milyon kadar antinötron yaparken bunlardan bir tanesinin antidöteryumu oluşturması için doğru yerde olmasını beklemek gerekiyor. Oldukça uzun bir süreç... Anti-atomlar yapmak inanılmaz derecede zaman alıyor; daha karmaşık bir şeyler yapmak ise bir milyar yıl kadar sürebilir, anti-dünya gibi. Antimaddeden bomba yapılabilir mi? "Antimadde öldürücü bir silah oldu. Güçlü ve durdurulamaz. Bir kere CERN'de yapıldı ve geriye hiçbir şey kalmadı... Göz kamaştırıcı ışık kapladı heryeri..." Bir bilim-kurgu romanı yazıyor olsaydık, rahatlıkla bu cümleleri yazabilirdik ama antimadde için henüz böyle bir şey söz konusu değil. Henüz... Bununla ilgili CERN'de fizikçi olan Rolf Landua şunları söylüyor, "CERN'de antimadde fiziğinin 30 yıldan fazla süredir yapacağı tüm antimaddeyi toplasak ve biraz da cömert olursak, elde edeceğimiz bir gramın 10 milyarda biri kadar antimadde olacaktır. Bunu ise parmak uçlarımızla patlattığımızda mum alevinden daha fazla tehlikeli olmayacaktır." Yeterince antimadde elde ettiğimizi düşünsek bile bir gram antimadde bir milyon kere milyar dolarlık bir maliyete neden olacağından hiç de mantıklı değil! 29 Antiprotonların Tuzaklanması ALPHA deneyinde antiprotonları tuzaklamak için uygulanan yöntemde ilk önce 2002 yılında CERN'de pozitron bulutu ile onları 20 milimetre uzunluğunda ve 1.4 onları kombine eden deneylerde kullana- milimetre yarıçapında bir bulut içine sıbilmek için antiprotonları yeterince yavaş- kıştırılır ve soğutulur. Sonra, Berkeley latan yavaşlatıcı denilen hızlandırıcılara Üniversitesi'nden profesör Lazar Friedland benzer bir sistemde bir antiproton saye- tarafından geliştirilen bir teknik olan sinde antihidrojen üretildi. Uluslararası otorezonans kullanılarak bu soğuk bulutişbirliği olan ATHENA deneyi soğuk ta, sıkıştırılan antiprotonlar antihidrojeni antihidrojenin ilk dedekte edildiği bildiri- oluşturmak amacıyla iki parçacığın eşleştiği pozitron bulutuna benzer bir yerde üst len deneydi. 2004 yılında ATHENA deneyi yerini üste itilir. ALPHA deneyine bıraktı. Sonra ALPHA ve Tüm bu olanlar antihidrojen atomları tuATRAP deneyleri antihidrojeni tuzaklamak zaklamaya yarayan bir manyetik metal için birbirleri ile yarıştılar. Bu yarış özel- silindirin (tüp) içinde gerçekleşiyor. Manlikle antihidrojen spektrumu ve yerçekimi yetik tuzak özel olarak konfigüre edilen bir ölçümleri amacıyla laser deneylerinde ger- manyetik alandır. Kararlı bir plazma oluşçekleşti. Bu sırada, son sonuçlar yayınla- turmak amacıyla pahalı oktupol (iki elektna dek on milyonlarca antihidrojen ato- rik veya manyetik kuadrupole sahip yük munun üretildiği ama 2010 yılına kadar dağılımı) süperiletken manyet kullanılarak bu manyetik alan düzenlenir. Böylece hiçbirinin tuzaklanamadığı da bir gerçek. Yakalanan ve depolanan antihidrojen atomlarının ALPHA manyetik olarak antihidrojenlerin tuzaklanması sağlanır. deneyindeki tuzakta gösterimi. Credit: Chukman So Antihidrojenin tuzaklanması kolay değildir çünkü antihidrojen nötr, yüksüz bir parçacıktır. Manyetik tüpler (metal silindirler) genellikle iyonize atomlar gibi yüklü parçacıkları tuzaklamada kullanılır. Böyle yüklü parçacıklar, manyetik alan boyunca tüp merkezine geri döndüren bir elektrik alanla karşılaşıncaya dek sarmal olarak yan yana dizilirler. Ancak nötr antihidrojen bu alanlardan normal olarak etkilenmeyecektir. Fakat araştırma ekibi antihidrojen atomun çok küçük manyetik momentini manyetik alanı dik bir şekilde artırarak antihidrojen atomu tuzaklamak için bir avantaj olarak kullandılar. Manyetik ayna olarak da adlandırılan bu dik bir şekilde manyetik alanı artırma işlemi merkeze doğru alanı geri yansıtmaktadır. Çünkü manyetik moment oldukça küçüktür, antihidrojen ise oldukça soğuk, neredeyse mutlak sıfıra yakın. Bunun anlamı araştırma ekibi antiproton yavaşlatıcıdan yayılan başlangıçtaki enerjiden bir yüz milyar kadar bir faktörle antiprotonları yavaşlatmış olmalarıdır. 30 Bir kere tuzaklandıktan sonra deneyciler birbirinden ayrılamayan antiprotonları bir elektrik alan ile tam anlamıyla süpürürler, sonra ayna alanlar kapatılır ve tuzaklanan antihidrojen atomları normal madde ile yok edilir. Etrafı çevreleyen dedektörler proton-antiproton yok edilmesinin sonucu olan yüklü piyonlara duyarlıdır. Kozmik ışınlar aynı zamanda dedektörü tetikleyebilir ama bu yüklü pionların düz-çizgi izleri kolayca ayırt edilebildiğinden antiproton-proton yok olması deney içinde bu şekilde doğruluğu sağlanmış olur. Çok az sayıdaki antiproton tuzaktan geriye kalabilir ama onların yok olmaları antihidrojene benzer görünüyor ama fizikçilerin simülasyonları antihidrojen yok olmalarından başarıyla böyle olayları ayrılabildiğini göstermektedir. Yani deneylerden sızan anti madde yok! 2010 yılının Ağustos ve Eylül aylarında yapılan bu deneylerde 335 antiproton döngüsünden sadece 38 antihidrojen atomu tuzaklanabildi. Yaklaşık olarak birkaç 80 milyon antihidrojen atomunun üretildiği tahmin ediliyor bu sırada. Neredeyse 160 milyon antihidrojen atomundan sadece 38 atom yakalanabilinmiş. Bu oldukça düşük bir oran aslında. ALPHA deneyi bu ilk antihidrojen atomlarını yakalama başarısından sonra bu antihidrojen atomlarının dedekte edilme oranlarını artırmaya yönelik çalışmaya devam ediyor. Geçmişten Günümüze Anti Madde 1928 yılı öncesinde anti elektronlar Paul Dirac tarafından teorik olarak öne sürüldüğü zamanlarda antimaddenin varlığı hakkında bilgi yoktu. 1932 yılında anti elektronlar yani pozitronlar Carl Anderson tarafından kozmik ışınlarda bulundu. İlk kez antiprotonlar da o zaman için en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcısı olan Berkeley Laboratuvarı'nın Bevatron hızlandırıcısında 1955 yılında kasten oluşturuldu. İlk fizikçiler anti madde ve maddenin neden simetrik olmadıkları konusunda hiçbir sebep göremediler. Yani, aynı şekilde fizik yasalarına uymalarını ama eğer öyleyse, simetrik olsa idiler ya da fizik yasalarına uymuş olsalardı, madde ve anti madde büyük patlamadan sonra eşit bir şekilde dağılmaları gerekirdi ya da eşit Gama ışınları (mor) madde/antimadde demetlerine (sarı) odaklanmasıyla onları dönüştürebilir. 31 ALPHA deneyinde nötr anti madde tuzağının gösterimi. Credit: Chukman So, copyright © 2011 Wurtele Research Group. All rights reserved.] eşit miktarlarda yok olmaları. Her nasılsa bu böyle olmadı, madde ve anti madde bugün eşit miktarlarda değil. Bunun sebebi ise açık değil. 1960'lı yıllarda, fizikçiler atom altı parçacıkların bir şekilde bozunduğunu keşfettiler ama eğer yük eşlenmesi ve paritesi (CP) süreçte ihlal edilirse mümkün olabilirdi bu. Sonuç olarak araştırmacılar anti maddenin normal maddeden oldukça az bir farklılıkla davrandığını idrak ettiler. Hala, hatta bazı anitparçacıklar CP'yi ihlal etmelerine rağmen zamanda ileriye hareket eden sıradan (anti olmayan) parçacıkların uyduğu aynı fizik yasalarına uyarak antiparçacıklar zamanda geriye doğru hareket ediyorlar. CPT simetrisi (T zaman için kısaltma) ihlal edilmemeli. Bu varsayımı test etmenin bir yolu bir antiproton yörüngesindeki pozitronların enerji seviyelerine karşı bir normal protonun yörüngesindeki normal elektronların enerji seviyelerini kıyaslamak olabilir. Yani antihidrojen ve normal hidrojen atomla- rının spektrasını kıyaslamaktan bahsediyoruz. İşte ALPHA deneyinin en büyük amacı antihidrojen atomları ile CPT simetrisini bu spektralara göre test etmek. Dolayısıyla ALPHA deneyi aynı zamanda antihidrojen atomunun spektrasını ölçmeye de çalışıyor. İlk kez antihidrojenin tuzaklanmasından sonraki bazı gelişmeler, 32 2010 yılının Aralık ayında Japonya'da RIKEN'den araştırmacılar antihidrojen sentezlemek için yeni bir teknik geliştirdiler 2011 yılının ilk aylarında fizikçiler en ağır antiçekirdeği, yani antihelyum-4 çekirdeğini gözlediler ilk kez 2011 yılının Mayıs ayına doğru CERN'deki araştırmacılar antihidrojen atomlarını 1000 saniye kadar sınırlayabildiler/ hapsedebildiler Elektrik alan çizgileri boyunca birbirleri ile çarpışanlar ışığın açığa çıkmasına sebep olurlar, sonra parçacıklara, sonra yine ışık. 2011 yılının Haziran ayında CERN'deki araştırmacılar antihidrojen atomlarını 16 dakikadan daha fazla süre tuzaklamayı başardılar malarını sürdürüyor. Gelişen bilimin katkıları ile anti madde fiziği üzerine şimdilik gizemini çözemediğimiz pek çok soru cevaplanmayı bekliyor... Diğer taraftan anti madde sadece laboratuvar ortamında mı üretiliyor? Gökhan Atmaca Gülcihan Utaş Doğada çarpıcı bir örnek ile anti maddenin doğal olarak oluştuğu Fermi uzay teleskobu tarafından gözlendi. Fermi uzay teleskobu geçen yıl gök gürültülü fırtınaların üzerinde Kaynaklar: antielektronların yani pozitronların oluştu- 1. h t t p : / / w w w . p h y s o r g . c o m / n e w s / 2 0 1 0 - 1 1 antihydrogen.html ğunu gözledi. Çok yüksek elektrik alanlar 2. http://www.bbc.co.uk/news/science-environmentoluşturan bu tür fırtınalar doğal olarak anti 12158718 madde oluşturan dünya üzerindeki bilinen 3. http://www.newscientist.com/special/antimattermysteries belki de ilk kaynak. Günümüz parçacık fiziğin ve bilim kurguda fiziğin popüler ögelerinden biri olan antimaddenin doğası üzerine çıktığımız kısa yolculuk şimdilik bitiyor ancak bilim insanları her geçen gün anti madde üzerine çalış33 4. http://www.kuark.org/2012/02/anti-madde-nerede/ 5. h t t p : / / w w w . k u a r k . o r g / 2 0 1 2 / 0 3 / a n t i - m a d d e gizemleri-anti-madde-yukari-mi-duser/ NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Biyokoruyucular ve Laktik Asit Bakterileri Selçuk Arslan Şölen Gıda Biyokoruma ile laktik asit bakterileri kullanılarak gıdaların bozulması sebebiyle oluşan ekonomik kayıplar azaltılmakta, gıda işleme maliyetleri düşürülmekte ve çeşitli mikrobiyel patojenlerin bulaşması engellenmekte diğer yandan tüketicilerin besleyici değeri yüksek, tazeye yakın tada sahip, az işlenmiş ve yemeye hazır gıdaların üretimi sağlanabilmektedir. 34 Gıdalar içerdikleri besin elementleri açısından mikroorganizmalar için uygun gelişim ortamlarıdır. Çok genel olarak sınıflandırmak istersek gıdaları, çabuk bozulan ve daha geç bozulan gıdalar olarak ayırabiliriz. Çabuk bozulan gıdalara örnek verecek olursak; süt, et, yumurta vb. protein içeriği zengin, su aktivitesi ve nemi yüksek gıdalardır. Daha geç bozulan gıdalar ise kurutulmuş ya da salamura edilmiş (pastırma, turşu vb.) gıdalar örnek verilebilinir. Çabuk bozulan gıdalar mikrobiyel faaliyet açısından riskli gıdalar grubunda yer almaktadır. Gıda endüstrisinde meydana gelen teknolojik gelişmeler, gıda güvenliğini sağlayacak prosedürlerin uygulanması ve HACCP gibi etkin bir işlemin uygulanmasına rağmen, istenmeyen mikroorganizmalar (patojen ve zararlılar) hassas gıdalar için hala risk faktörü olabilmektedir. Günümüzde gıda endüstrisinde ürün kalitesini korumak ve raf ömrünü uzatmak amacı ile ısıl işlemler, düşük sıcaklıklarda muhafaza, düşük su aktivitesiyle koruma, antimikrobiyal maddeler kullanma ve son zamanlarda kullanılan ve giderek de ilgilinin arttığı yöntem mikroorganizmalarla koruma (biyokoruma) yöntemleri kullanılmaktadır. Biyokoruma, gıdaların raf ömrünü uzatmak ve güvenliğini artırmak amacıyla gıdalara doğal mikroflora ve antimikrobiyal ürünlerinin ilavesi anlamına gelmektedir. Değişik gıdalarda, gıda güvenliği ve kalitesini sağlamak için patojenik ve bozulmaya sebep olan mikroorganizmaların kontrolü önemlidir. Tüketicilerin kimyasal katkı maddeleri ile ilgili endişelerinin artması, son yıllarda kimyasal katkıların kullanımı giderek azalmış ve biyokoruma ilgi çeken bir konu olmuştur. Fakat biyokoruma yöntemininin pahalı olması, sınırlı aktivite spektrumunun olması uygulanmasının zor olması gibi nedenlerden dolayı pek tercih edilmemektedir. Tüketicilerin genel talebi kimyasal koruyucu veya katkı maddelerinin gıdalarda kullanılmasının azalması yönündedir. Tü- keticiler daha yüksek kaliteli, kimyasal koruyucu içermeyen, güvenli ve raf ömrü uzun ürünler istemektedir. Teknolojideki modern gelişmelere rağmen, gıdaların korunması, sadece gelişmekte olan ülkeler için değil, endüstrileşen dünya için de hala tartışılan bir konudur. Gıdaların bozulması sebebiyle oluşan ekonomik kayıpların azaltılması, gıda işleme maliyetlerinin düşürülmesi ve gıda zinciri boyunca mikrobiyel patojenlerin bulaşmasına engellenmesi, artan tüketici talepleri doğrultusunda besleyici değeri yüksek, tazeye yakın tada sahip, vitamince zengin, az işlenmiş ve yemeye hazır gıdaların üretimi için uygulanan en önemli yöntem biyokorumadır. Biyokoruma yönteminde, doğal veya kontrollü mikroflora, laktik asit bakterileri (LAB) ve/veya onların antimikrobiyal ürünleri kullanılarak ürünlerinin raf ömrü uzatılabilmekte ve ürünler daha güvenli hale gelebilmektedir. Biyokoruma amacıyla ilave edilen kültürler patojenleri öldürmek ve ürünün raf ömrünü uzatmak amacı güder. Bu kültürlere koruyucu kültürler de denir. Koruyucu kültürler gıdalarda doğal olarak bulunabileceği gibi sonradan da ilave edilebilir. Koruyucu kültürler, ürünün içindeki bir patojeni veya istenmeyen bir mikroorganizmayı önleme yeteneğine ve istenilen tekstür 35 (örneğin peynirdeki gözenekler gibi yapılar) ve aromayı elde etme durumuna göre seçilirler. Koruyucu kültürler normal depolama koşullarında ürünün duyusal özelliklerini etkilememelidir. Koruyucu kültürler, organik asitler (laktik, asetik veya propiyonik asit gibi), alkoller, karbondioksit, diasetil, hidrojen peroksit, bakteriyosinler, reuterin gibi düşük moleküllü bileşikleri üreterek istenmeyen mikroorganizmaları önlemektedir. Gıda kaynaklı bakterilerin ürettikleri bazı antimikrobiyal metobolitler. Metabolitler Etki Organik asitler: Laktik asit, asetik asit, propiyonik vb. asitler. Bakteri ve küflere karşı. Aldehitler, ketonlar ve alkoller: Asetaldehit, diasetil, Bakteri, küf ve bakteriyofajlara karşı. Hidrojen peroksit. Bakteri, küf ve virüslere karşı. Reuterin. Gram-pozitif bakterilere karşı. Bakteriyosinler. Gram-pozitif bakterilere karşı. Gıdalarda starter kültür olarak kullanılan laktik asit bakterileri (LAB), fermentatif metabolizmaları sonucunda laktik asit üreten, gram (+), bazı durumlarda pseudo-katalaz olmasına karşın, genelde katalaz(-), hareketsiz ve sporsuz bakterilerdir. Tüm laktik asit bakterileri, anaerobik olarak gelişirler, ancak birçoğu fakültatif anaerob veya mikroaerofiliktirler. Laktik asit bakterileri grubunda, biyokimyasal ve ekolojik özellikleriyle birlikte, filogenetik olarak birbirine yakın olan “Carnobacterium, En terococcus, Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus, Weissella” cinsleri yer almaktadır (Axelsson, 2004). B if idob ac ter ium cinsi bakteriler, filogenetik olarak diğer laktik asit bakterilerine benzememesine rağmen, biyokimyasal, fizyolojik ve ekolojik özelliklerinden dolayı, genellikle laktik asit bakterileri grubu içerisine dâhil edilmektedirler. LAB, heksozlardan laktik asitin yanı sıra, cins ve tür özelliklerine bağlı olarak, asetik asit, karbondioksit (CO2), alkol ve bazı aroma maddeleri de üretmektedirler. Bu maddelerin üretimi sırasında, az da olsa gıdanın kalori değerinde bir değişme olmaktadır. Ayrıca, LAB, gıdanın bozulmasına neden olan mikroorganizmalar ve patojen mikroorganizmalar üzerine de, ürettikleri organik asitler, hidrojen peroksit, laktoperoksidaz, diasetil ve bakteriyosinler gibi maddeler nedeniyle antagonistik etkiye sahiptirler. Bu nedenle, söz konusu bakteriler kullanılarak üretilen gıdalar, insan sağlığı açısından güvenilir gıdalar olarak kabul edilirler. Laktik asit bakterilerinin ürettiği bakteriyosinlerin etki spektrumları, bazı türlerle sınırlı olup, daha çok gram (+) mikroorganizmalar üzerine antibakteriyal etki gösterirler. Biyokimyasal özellikleri ve etki spektrumları ise, bakteriyosin sentezleyen mikroorganizmalara (Lactococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Enterococcus, Staphylococcus gibi) bağlı olarak farklılık göstermektedir. LAB’nin, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, 36 sahip olmayan, aerotolerant anaerob, asidi tolere edebilen, kuvvetli fermentatif olup şeker fermantasyonu sırasında başlıca son ürün olarak laktik asit üreten kok veya çubuk şeklinde bakterilerdir. Laktik asit bakterileri genellikle besin içeriği bakımından zengin olan ortamlarda, örneğin süt, et ve sebzelerde yoğun olarak bulunmaktadırlar. Lactobacillus spp. 2–53°C’de (Optimum 30–40°C) gelişirler. Aynı zamanda bu bakLaktik Asit Bakterileri (LAB) L ac tob ac illus cinsi b a k t e r i l e r , teriler, % 1–3 oranında laktik asit oluştuLactobacillaceae familyasına aittir. rarak, pH’yı 3,2–3,5’e kadar düşürürler. Lactobacillus spp.‘in çoğu basil, ancak ba- Bu nedenle, aside dayanıklıdırlar. zı türleri koko-basil şeklindedir. Bu bakte- Laktik asit bakterileri içerisinde, biyokimriler, gelişebilmeleri için amino asit, yasal ve ekolojik özellikleriyle birlikte, peptit, nükleik asit türevi vitamin, tuz, filogenetik olarak birbirine yakın olan, En terococcus, yağ asidi veya yağ asidi esterleri ile fer- “ C a r n o b a c t e r i u m , mente edebilecekleri besin maddelerine Lactobacillus, Lactococcus, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, ihtiyaç duyarlar. Laktik asit bakterileri (LAB), sitokroma Tetragenococcus, Vagococcus, Weissella” cinsleri yer almaktadır. Bifidobacterium Clostridium botulinum ve Salmonella spp. gibi birçok patojen mikroorganizma üzerinde etkili olmaları nedeniyle, gıdalarda kullanım potansiyelleri söz konusudur. Bununla birlikte, gıdaların korunmasında diğer koruyucu maddeler veya diğer gıda muhafaza yöntemleri ile birlikte kullanılmalarıyla, daha etkili olduğu, çeşitli çalışmalarla belirlenmiştir. 37 cinsi bakteriler, filogenetik olarak diğer laktik asit bakterilerine benzememesine rağmen, biyokimyasal, fizyolojik ve ekolojik özelliklerinden dolayı, genellikle laktik asit bakterileri terimi içerisinde yer almaktadır. Fermantasyon sonucu ana ürün olarak, laktik asit üretirler ve enerjilerini, substrat düzeyinde fosforilasyon ile sağlarlar. Karbonhidrat metabolizmaları göz önüne alındığında, homofermentatif ve heterofermentatif olarak iki alt gruba ayrılmaktadır. Homofermentatif türler, glikozdan tamamen laktik asit oluştururken, heterofermentatif türler, laktik aside ek olarak, karbondioksit ve bazı diğer organik asitleri üretirler. Fenotipik özellikleri baz alınarak yapılan değerlendirmede ise, Thermobacterium, Streptobacterium, Betabacterium şeklinde üç alt gruba ayrılırlar. Laktik asit bakterileri, gıdaların ve hafif alkollü içeceklerin üretiminde uzun yıllardır kullanılmakla birlikte, özellikle son yıllarda çok çeşitli fermente ürünlerin üretiminde rol oynayan en önemli endüstriyel mikroorganizmalar olarak bilinmektedirler. Probiyotik olarak kullanılan laktik asit bakterilerinin sağlığa faydalı etkileri Sağlığa faydalı oldukları alanlar Laktoz intoleranssının hafifletilmesi Öne sürülen mekanizma(lar) Barsak florası üzerine olumlu etki -Bakteriyal galaktosidaz’ın laktoz üzerine etki etmesi -Toksik metabolit üretiminin azaltılması yoluyla, aşırı gelişmiş olan floranın aktivitesinin etkilenmesi -Antibakteriyal özellikler İntestinal sistem infeksiyonlarının engellenmesi -Sistemik veya salgısal immun cevap stimulasyonu -Barsak koşullarının patojenlerin yaşamasına imkân vermeyecek şekilde değiştirilmesi (pH, kısa zincirli yağ asitleri, bakteriyosinler) -Agregasyon, koagregasyon yetenekleri -İntestinal mukozaya yapışmak suretiyle patojenlerin yapışmasının engellenmesi -Besinler için rekabet İmmun sistemin güçlendirilmesi İltihabi veya alerjik reaksiyonların azaltılması -Beyaz kan hücrelerinin fagositik aktivitelerinin artırılması -IgA üretiminin artırılması -İntra-epitel lenfositlerin çoğaltılması -Bağışıklık sisteminin dengesinin yeniden düzenlenmesi Sitokin sentezinin düzenlenmesi Kolon kanseri riskinin azaltılması -Mutajen bağlama -Karsinojenlerin inaktif hale getirilmesi Ürogenital infeksiyonlar -Üriner ve vajinal kanal hücrelerine yapışma -İnhibitor maddelerin üretimi (H2 O2 gibi) Helicobacter pylori infeksiyonu Laktik asit üretimi - H. pylori’nin üreaz aktivitesinin azaltılması -Kolesterol asimilasyonu -Safra tuzu hidrolaz enzim aktivitesi Kan lipidlerinin düşürülmesi ve kalp hastalığı riskinin azaltılması Laktik Asit Bakterilerinin Antimikrobiyal Özellikleri ğişme olmaktadır. Ayrıca, gıda kalitesini bozan ve patojen mikroorganizmalar üzeLaktik asit bakterilerinin antimikrobiyal rine, ürettikleri organik asitler, hidrojen etkisinin; laktik asit, hidrojen peroksit, peroksit, diasetil, bakteriyosin gibi madasetik asit, hidrojen sülfür, bakteriyosin deler ve laktoperoksidaz sistemi ile ya da bakteriyosin benzeri maddelerden antagonistik etki gösterirler. Bu mikroorkaynaklandığı bilinmektedir. Bu olumlu ganizmalarla üretilen gıdalar, daha önce özelliklerinden dolayı, birçok laktik asit de belirtildiği üzere, insan sağlığı açısınbakterisi, gıda güvenliğinin sağlanması ve dan güvenilir olarak kabul edilmektedirraf ömrünün uzatılmasının yanı sıra, ler. intestinal enfeksiyonların ve bazı kanser tiplerinin kontrolü gibi medikal alanda da “feel good with natural food—doğal besinlerle ile iyi hisset!” kullanmaktadır. LAB’lar “güvenli bakteriler” olarak kabul edilirler ve koruyucu kültür özelliği taşırlar. Laktik asit bakterilerinin antagonizması, diğer mikroorganizmalarla besin öğeleri için yarışarak ya da organik asitler (asetik, propiyonik ve laktik asit gibi), hidrojen peroksit, antimikrobiyal enzimler, diasetil ve bakteriyosinler gibi bir veya daha fazla antimikrobiyal aktiviteye sahip bileşikler üretmelerinden kaynaklanmaktadır. Laktik asit bakterilerinin ürettiği bakteriyosinlerin etki spektrumları, bazı türlerle sınırlı olup, daha çok, Gr (+) bakteriler üzerine etkilidirler. Biyokimyasal özellikleri ve etki spektrumları, sentezleyen mikroorganizmalara bağlı olarak farklılık göstermektedir. Lactococcus, Pediococcus, Leoconostoc ve Staphylococcus gibi birçok mikroorganizma tarafından sentezlenmeleriyle birlikte, gıdalarda daha çok laktik asit bakterileri tarafından sentezlenen bakteriyosinler kullanılmaktadır. Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum ve Salmonella spp. gibi birçok patojen bakteri üzerinde etkili olmaları nedeniyle, gıdalarda kullanım potansiyelleri oldukça artmıştır. Homofermentatif laktik asit bakterileri, heksozlardan laktik asit, cins ve tür özelliklerine bağlı olarak, asetik asit, CO2, alkol ve bazı aroma maddeleri üretmektedirler. Bu maddelerin üretimi sırasında az da olsa, gıdanın kalori değerinde bir de39 Selçuk Arslan Şölen Gıda Kaynaklar: 1. 2. 3. ARSLAN, S., 2010. “Lactobacillus rhamnosus ‘un sünme (rope) hastalığı etkeni olan Bacillus cinsi bakteriler üzerine inhibitör etkisinin unlarda araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı, Adana, (2010). ARICI Muhammet, SAĞDIÇ Osman “Gıdaların Korunmasında Mikroorganizmaların Kullanımı” (Ed. Osman Erkmen) Gıda Mikrobiyolojisi, Efil Yayınevi, Ankara 2010,299. TOK, S., ASLIM, B., 2007. “Probiyotik olarak kullanılan bazı laktik asit bakterilerinin kolesterol asimilasyonu ve safra tuzları dekonjugasyonundaki rolleri”, Gazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Biyoloji Bölümü, Ankara 2007. NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Beynin Nöronal Aktivitelerinin Floresan Sensörler ve Moleküler Tellerle Optik İncelenmesi Kenan Elibol Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu Canlı mikroevrenindeki yapıların görüntülenmesi bilim insanlarının yıllardır üzerinde çalıştığı bir konudur. Bu mikroyapıları görüntüleyip deneysel bilgiler toplamak amacıyla fonksiyonel hücre görüntülemeyle ilgili birçok yöntem geliştirilmiştir. Sinir hücreleri (nöronlar) şeffaf oldukları için görüntülenmesi zor olan hücrelerdir ve karmaşık yapıları nedeniyle araştırmacıların her zaman ilgisini çekmiştir. Bir nöron, dendritlerden, bir hücre gövdesinden, bir akson ve sinaptik sonlanmalardan oluşur. Nöronlar sinir sisteminin tüm durumlarını düzenlemek için birlikte çalışabildikleri gibi birbirleriyle de yarışabilirler. Nöronlarda; aksonlarınların gönderdiği kimyasal sinyalleri, dendritler alarak elektrik sinyaline dönüştürür. Daha sonra elektriksel potansiyeller aksonlar boyunca diğer komşu nöronlarların dendritleri üzerindeki sinapslara doğru iletilir ve süreç tekrarlanır. Aksonlar bilgiyi sadece bir yönde ilettikleri için bu durum polarizasyon olarak isimlendirilmiştir. 40 Timothy Balmer and Bianca Jones Nöronlarda bulunan hücre zarından Şek. 1. Bir nöronun yapısı. aksonlar, aksiyon pog e ç e r k e n , tansiyeli olarak bilinen elektriksel pulsları stoplazmadaki Na+ ve K+ iyonlarının koniletirler. Bu elektrik pulsları, ilerleyen bir santrasyonları aksiyon potansiyeli sırasınmekanik dalgada (ses dalgası ya da bir da çok az değişir. ipteki dalga) olduğu gibi sinir lifleri bo- Beynin nöronal aktivitelerinin optik inceyunca ilerler. Bu, akson zarında bulunan lenmesi, elektrokromik boyalar, hidrofobik ve elektrikle yüklü iyonların geçmesine anyonlar, kalsiyum görüntüleme veya geizin vermek üzere açılıp kapanabilen iyon- rilim-duyarlı iyon kanalları gibi bir kaç kanalları sayesinde gerçekleşir. Bazı ka- yolla yapılabilir. Floresans görüntüleme, nallar sodyum (Na+) iyonlarının geçmesi- çoklu mekansal çözümlenmiş nöronların ne bazıları da potasyum (K+) iyonlarının iletişimi ve elektriksel aktivitesini eşleyegeçmesine izin verirler. Bu kanallar hücre bilir ve böylece geleneksel elektrofizyolojik zarının elektriksel depolarizasyonuna ya- ölçümleri tamamlayabilir. Bu nedenle nıt olarak açıldıklarında, Na+ ya da K+ floresans görüntüleme ilgi çekici bir yöniyonları, hücrenin içi ve dışındaki kimya- temdir. Tarihi floresan gerilim görüntülesal ve elektriksel gradyentleri terslendire- me, bu geleneksel elektrofizyolojik ölçümcek şekilde bir akı oluştururlar. Aksiyon lerin tamamlayıcısı iken, gerilim değişimpotansiyeli bir lambanın açılıp kapatılma- lerine büyük ve hızlı tepki veren sensör sından daha kısa bir sürede gerçekleşir. geliştirmenin zorluğu ile sınırlı kalmıştır. Çok az iyon bu durumu oluşturmak için 41 Şek. 2’de floresans olayı şematik olarak gösterilmiştir. Taban enerji seviyesindeki bir elektron foton ile uyarıldığında üst elektronik enerji seviyelerinden birine geçer. Eğer elekronik enerji seviyelerinin çokluğu taban enerji seviyelerinin çokluğu ile aynı ise direk geçiş gerçekleşir. Elektron 10-8 saniye gibi kısa bir sürede, başlangıçta uyarıldığı elektronun enerjisine eşit miktarda enerjiye sahip bir foton salarak döner. Bu olay floresans olarak bilinir. Floresan boya ile doldurulmuş bir nöronun ince dentritleri bile, diğer yapılar elimine edilerek en ince ayrıntısına kadar bu yöntemle görüntülenebilir. Son zamanlarda nöronlarda gerilim görüntüleme için foto-etkili elektron transferi (PeT)-tabanlı moleküler tel şeklinde floresan sensörler geliştirilmiş, sentezlenmiş ve uygulanmıştır. Ayrıca, sağlam gangliyon paraziti ile sinaptik ve hippocampal kültürde aksiyon potansiyellerinin tek-denemede algılanmasını sağlamak için VoltageFluor sensörleri olarak isimlendirilen sensörler kullanılmıştır. Tsien Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, Pet sensörlerin tasarımı, sentezi ve uygulama zorluklarını karşılaştırmıştırlar. Ayrıca nöronlar üzerine kapasitif bir yük yerleştirmekten kaçınılmıştır, çünkü bu normal beyin aktivitelerini görüntüleme yeteneğimizi sınırlamaktadır. Diğer sorun ise yerleştirme konusunda dikkatli düşünmek. Floresan gerilim sensörleri için, kalsiyum göstergelerin aksine, prob membrana lokalize olmuştur. Şek. 2. Floresans olayının şematik gösterimi. kaymalarına yol açar. Çünkü elektrik alan doğrudan kromoforun enerji seviyelerine ayarlanmıştır, çok hızlı (femtosaniye ya da pikosaniye) sonuçlanan hypso ya da renk koyultan, nöronlarda aksiyon potansiyeli ve hızlı artış olaylarını çözmek için ölçeğin mertebesini gerekenden daha hızlı kaydırır. Gerilim algılama kinetikleri, soğurma ve salınım ile orantılı bir zaman ölçeğinde meydana gelir. Bu küçük dalgaboyu kaymasını, dalgaboyunun bir fonksiyonu olarak en fazla değişen yoğunluk yani spektrumun kenarlarında kaydedilmiş en iyi floresan sinyali belirler. En geniş lineer tepkiler 100 mV başına -28% ΔF/F, en tipik değeri ise 100 mV başına ~10%. Foto-etkili elektron transferi (PeT)-tabanlı Ca+2 problar, hipokampal nöron kültüründe aksiyon potansiyeli için 150% varan ΔF/F değeri verir. Bu nedenle elektrokromik boyalar nöronlardaki hızlı Şek. 3a’da gösterilen elektrokromik boya- gerilim salınımlarına ayak uydurabilir. lar, kromofor ve elektrik alan arasındaki Şek. 3b’de floresans rezonans enerji doğrudan etkileşme sayesinde gerilime transferi (FRET)-tabanlı gerilim sensörleri karşılık verir. Bu Stark etkisi, soğurma ve lipofilik anyonları kullanır, bunlar hücresalınım spektrumunda küçük dalgaboyu sel membran içine eklenir 42 küler tel sayesinde uyarılmış durumdaki fluorophorea (fluorophore bir moleküldür ve görünür ışık spektrumunun bir floresan emisyonu oluşturmasını sağlar) quencherden elektron transferi olmaktadır. Depolarizasyon elektrik alanın tersidir, elektron transferine engel olur ve floresansı aydınlatır. Elektron transferi nanosaniyeler içinde gerçekleşir sonra foton soğurulur ve mikrosaniyeler içinde başlangıç durumuna geri döner, elektrokromik mekanizmadan daha yavaş fakat temelde anlık bir biyolojik zaman ölçeğindedir. Çünkü elektron transferi hızla tersine çevrilir, membran potansiyeli değişikliklerinden ziyade foton soğurularak yönetildiği için kapasitif yükleme önemsiz olmalıdır. Şek. 4b’de fare hipokampal nöronlarındaki aksiyon potansiyeli görülüyor. Burada pikin sol yarısında Na+ iyon kanalları açıkken sağ yarısında K+ iyon kanalları ve transmembran potansiyeline bağlı olarak iç ve dış yapraklar arasında dağıtılır. Lipofilik anyonun yer değiştirmesi, çift tabakalı lipid sayesinde gerilim kinetiklerini milisaniye aralığında kontrol edebilir. Plazma membranda hareketli yüklerin yavaş yer değiştirmesi bir kapasitif yük getirir ve hızlı değişimleri izlemek için kaydetme yeteneğini engeller. Şek. 3c’de elektrokromik ve FRET-tabanlı VSDs'nin en iyi özelliklerini birleştirmek için moleküler teller aracılığıyla PeT olarak bilinen yeni bir gerilim algılama mekanizması denenmiştir. Bu PeT sensörlerde bir floresan kaydedici bir moleküler tel yoluyla elektron zengini bir quenchere bağlanır, molekül içi elektron transferinin üstel mesafe bağlılığı azaltır ve plazma membranının kalınlığının büyük bir kısmı üzerine etkili elektron transferi sağlar. Dinlendiğinde ya da aşırı polarize (hyperpolarized) potansiyellerde, zardan geçen elektrik alan mole- Şek. 3. Floresan gerilim algılama mekanizmaları. a) Elektrokromik gerilim-duyarlı boyalar (VSDs), kromofor elektrik alan ile doğrudan etkileştiğinde Stark etkisi sayesinde gerilim algılar. Kromoforun enerji seviyelerindeki değişimler boyanın ışımasındaki küçük spektral kaymalar sonucu oluşur. b) Floresan rezonans enerji transfer çifti gerilim sensörleri, lipofilik anyonlar kullanır (kırmızı). Depolarizasyon şimdi hareketsiz hale getirilmiş bir fluoroforun floresansını gidermek için anyonun yer değiştirmesine neden olur (yeşil). c) Moleküler tel foto-uyarılmış elektron transferi (PET) VSDs bir floresan kaydediciye (yeşil) bir membran-kapsayan moleküler tel (siyah) sayesinde, elektron-zengini bir donör(verici)deki gerilim-duyarlı elektron transferine bağlıdır. 43 Şek. 4. Nöronlarda aksiyon potansiyeli. a) Rat hipokampal nöronlar fazla membran boyanması göstermektedirler (ölçek çizgisi 20 µm). b) Tekdenemelerde fare hipokampal nöronlarında uyandırılmış aksiyon potansiyeli görülüyor. c) Sülük Retzius hücrelerinde doğal aktivitenin optik görüntülenmesi (ölçek çizgisi 25 µm). d) c'deki hücrelerde doğal aktivitenin eşzamanlı optik ve elektrofizyolojik kaydı. Optik iz eşik altı membran potansiyelini ve aksiyon potansiyelini gösteren açık bir saptanabilir sinyalin mükemmele yakın uyumunu gösterir. yon potansiyeli lifin iki ucu arasında yayılan bir depolarizasyon dalgası olarak iletilmiştir. Bu durum Şek. 4d’de Sülük Retzius hücreleri için ölçülmüş aksiyon potansiyeli grafiğinde gösterilmiştir. Geliştirilen bu yeni yöntem sayesinde nöron görüntülemede iyi sonuçlar elde edilmiştir. Bundan sonraki çalışmalarda geliştirilen bu yeni yöntemle daha güzel sonuçlar çıkarılabilir. kanalları açık ve sağa doğru devam eden sabit değerler dinlenim potansiyelidir. Bu ölçümde, floresansta 20% ΔF/F civarında artış gözlenmiştir ve optik iz fizyolojik iz ile uyumludur. Sinir hücresinin gövdesinde aksiyon potansiyeli başladığında öncelikle Na+ iyon kanallarının açılmasıyla sodyum iyonları hızlı bir şekilde hücre içine girmeye başlarlar ve milisaniyeler içinde yeni bir denge kurulur. Hücre zarının karşılıklı iki tarafı arasında büyük bir potansiyel farkı değişimi oluşur. Hücre içindeki zar potansiyeli negatif olduğu değerden pozitif bir değere değişir. Bu pozitif değişimle birlikte K+ iyon kanalları açılır ve Na+ iyonlarının hücre içine giriş hızına yakın bir hızda, potasyum iyonları hücre dışına çıkar ve zar potansiyeli tekrar değişerek pozitif değerlerden başlangıçtaki negatif değerlere gelir. Aksiyon potansiyeli elektriksel bir olaydır ve sinir liflerinin elektrik iletkenliği yalıtılmış bir tel kadar olmasa da elektrik iletimi iletkenlere benzer davranıştadır. Aksiyon potansiyeli liflerin bu özelliği nedeniyle aktif ve sinir liflerine bitişik dinlenim durumundaki hücre zarları arasında başka bir voltaj gradyentine neden olur. Bu sayede aksi Kenan Elibol Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Kaynaklar: [1] http://en.wikipedia.org/wiki/Neuron [2] http://www.piercenet.com/ browse .cfm?fldID=4DD9D52E-50568A76-4E6E-E217FAD0D86B [3] Evan W. Miller, John Y. Lin, E. Paxon Frady, Paul A. Steinbach, William B. Kristan, Jr., and Roger Y. Tsien, PNAS, 109, 2114 (2012). 44 NetBilim’e http://www.netbilim.kuark.org web sitemizden veya [email protected]’a boş e-posta göndererek ücretsiz abone olabilirsiniz. 45 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Radyasyon Onkolojisi ve Sağlık Fiziği Meltem Gündüz Çanakkale Onsekiz Mart Üni. Fizik Bölümü Radyasyon, foton olarak adlandırılan parçacıkların yaydığı enerjidir. Kararsız atomların yapıtaşında bulunan fazla nötronların parçalanması sırasında ortaya çıkan ışınlar radyasyonu oluşturan temel etkenlerdir. Doğadaki varlığı daimi olan ve çıplak gözle görülemeyen bu ışınlar alfa, beta, gama adı verilen radyo dalgaları olarak görülebilir. Radyasyonun varlığı 1896′da Fransız fizikçi Henri Becquerel tarafından uranyum tuzunun yaydığı ışınlar sayesinde fark edilmiştir. Uranyum elementi gelişen sanayi ve teknolojide artan kullanımı ile hayatımızın büyük bir parçası haline gelmiş, bu durum radyasyonun etkilerinin de giderek artmasına neden olmuştur. 46 İnsanoğlu sürekli olarak hem doğal hem yapay çevresel radyasyon kaynaklarına maruz kalır. Çoğu zaman farkında olmadan dokularımızı sürekli radyasyon ile etkileşimde bırakıyoruz. Radyasyonun canlı hücreye zararı sanıldığından çok daha fazladır. Kimi zaman hücrenin kısmen parçalanmasına sebep olurken kimi zaman da kalıcı hasara yol açmaktadır. Duyular ile algılanamayan radyasyonun herhangi bir eşik değeri olmadığı gibi en düşük dozların olası etkileri de en yüksek dozlardaki sonuçlarla doğrudan ilişkilidir. Fakat öncelikli olarak bilinmesi gereken şudur ki radyasyona maruz kalmanın hiçbir erken belirtisi yoktur. Doğal radyasyon kaynakları ve ortalama dozları; Güneş ve kozmik ışınlar; 30-40 milirem/yıl Yerkürenin radyoaktif materyalleri; 40 milirem/yıl Havadaki radon, gıda ve sudaki radyoaktif potasyum oranı; 25-30 milirem/yıl şeklinde belirlenmiştir. Coğrafi yerleşim maruz kalınan radyasyon oranının belirlenmesinde en önemli etkenlerdendir. Yükseklik arttıkça kozmik ışın miktarı da artacağından deniz kenarında etkisi en aza indirgenen radyasyon, plato ve dağlık alanlarda yaklaşık 3 kat daha fazla etkiye neden olmaktadır. Radyasyon ile Sağlık Radyo dalgaları günümüzde sağlık ve tıp alanında geniş ölçüde faydalanılan bir kaynaktır. Özellikle kanser tedavilerinde uygulanan en etkili yöntem haline gelmiştir. Kanser; kontrolsüz hücre çoğalması ve sonucunda çevre dokulara yayılması ile kan ya da lenf yoluyla uzak organlara kadar sıçrayabilen habis tümörlere verilen isimdir. Ülkemizde kanser ile mücadele için iyonizan radyasyon, kemoterapi, immünoterapi, hormon tedavisi, cerrahi müdahaleler gibi çeşitli yöntemlere ayrılmış olan ışın tedavileri uygulanmaktadır. Yapılan müdahalaler genellikle tümörlü hücrenin tamamen yok olmasını sağlarken noktasal etkisi sayesinde çevresindeki hücrelerin zarar görmemesi için gerekli olan korumaya da imkan vermektedir. Bilindiği gibi ışın tedavisinin yan etkileri de çok fazladır. Çoğu zaman hastanın yaşam kalitesini düşürmekte ve tedavinin olumsuz yönde etkilenmesine neden olmaktadır. Fakat başarılı bir tedavi sonrasında yok olan hasta hücrelerin temizlenerek vücudun kendini yenilemesi ile yeniden sağlıklı yaşama kavuşmak artık imkansız değildir. Radyoterapi olarak adlandırılan radyasyon tedavisinde yüksek enerjili X-ışınları, elektron demetleri ve radyoaktif izotoplar normal dokular için güvenli olan dozları aşmadan kanser hücrelerini öldürmek için kullanılır. Radyasyon kanser hücrelerini öldürmeyi iyonizasyon adı verilen bir yolla başarır. Bazı hücreler radyasyon sonrasında direk etkilendiği için hemen ölürken, bazıları da kromozom ve DNA’lara hasar verip daha fazla bölünemedikleri için ölürler. Radyoterapide temel amaç tümör çevresindeki normal dokuları yapısal ve fonksiyonel olarak tahribata uğratmadan tümörün tamamen yok edilmesidir. Normal dokularda onarımı mümkün zararlar bir noktaya kadar kabul edilebilir, ancak hayati dokuların korunması 47 mutlak gerekliliktir. Genel sağlık durumu bozuk ve özellikle kan tablosu düşük olan hastalarda radyoterapi uygulanamaz. Ayrıca cerrahi veya medikal uygulama esnasında meydana gelen yan etkiler, bazen tümörün uygun olmayan lokalizasyonu nedeniyle hastanın tedavi endikasyonunun (ilgili süreçte tedavinin nasıl olacağına işaret eden belirtiler) değişmesine sebep olabilir. Tedavi alanlarının belirlenmesini sağlamak için x-ışını cihazı kullanılır ve bu belirleme işlemi için simülatör sisteminden faydalanılır. Simülasyon filmleri ve planlama ile elde edilen veriler ışığında ışınlanmasını istenmeyen bölgelerin korunması için özel alaşımdan yapılmış bloklar kullanılmaktadır. Genellikle kurşun içeren bu koruyucu bloklar, ışının hasta hücrenin çevresindeki sağlam hücrelere zarar vermesini engellemektedir. Günümüzde radyoterapide uygulanan üç ana yöntem vardır. Bunlar; 1. Harici (Eksternal) Radyoterapi [Teleterapi] – Uzak Tedavi 2. Dahili (İnternal) Radyoterapi [Brakiterapi] – Yakın Tedavi 3. Sistemik Selektif Radyoterapi’dir. Bu yöntemlerden kısaca bahsedersek. Diğer adı teleterapi olan harici radyoterapi; radyoaktif kaynak ya da ışını hastaya gönderen ana bölüm ile hasta arasında 80-100 cm gibi uzaklığın bulunduğu radyoterapi tekniğidir. İnsan vücudunun herhangi bir bölgesinde yerleşmiş bir tümöre ulaşmak için, ışınlar cilt, cilt altı ve yolu üzerindeki normal dokulardan geçmek zorundadırlar. Bu tekniği uygulayan makineler de eksternal tedavi (teleterapi) makineleri olarak adlandırılırlar. Eksternal tedavide kullanılan cihazlar Co-60, Linear akseleratörlar ve orto-voltaj-yüzeyel röntgen cihazlarıdır. Dahili radyoterapi (brakiterapi); radyasyon kaynağının tedavi gerektiren alan içinde veya yanında olduğu yakın mesafeli tedavi tekniğidir. Yüksek enerjili x-ışınları, vücut dışında bu tümöre yönlendirilir. Ebrt aksine radyasyon kaynakları doğrudan kanserli tümörün kesin yerleşimini içerir. Brakiterapi tek başına ve cerrahi, dış yaygı radyoterapi (ebrt) ve kemoterapi gibi diğer tedavi yöntemleri ile birlikte uygulanabilir. Hastanın hareketli tümör taşıdığı durumlarda tümör bünyesinde uygulanan yüksek doz ile tümörün kendi konumunu koruması sağlanarak ışının çevre hücrelere verebileceği zarar en aza indirgenebilmektedir. En çok kullanılan radyoaktif kaynaklar Iridium 192, Radium 226, I-125, Altın -198, Co-60, Sezyum 137'nin solid radyoizotoplarıdır. Sistemik selektif radyoterapi tedavisinde ise radyoaktif madde intravenöz olarak verilerek radyoaktif maddenin hastalıklı organda toplanması ve ışınlanması sağlanmaktadır. Bu yöntem için en iyi örnekler tiroid kanserlerinde I-131 ve kemik tümörlerinde Sr-90 uygulamalarıdır. Az kullanılan uygulamalardan biri de lenf damarı içine I-131 verilerek yapılan tedavidir. 48 İyonizan radyasyon canlı hücre ve organizmalar üzerinde birçok biyolojik olumsuzluğa sebep olmaktadır. Radyoloji çalışanları mesleki olarak az dozda da olsa radyasyona maruz kaldıklarından dolayı uzun dönemde yan etkilere rastlanmaktadır. İyonizan radyasyona en çok hassasiyet gösteren hücreler lenfositler (kan hücreleri)dir. Özellikle bu hücrelerde rastlanan olgular radyasyonun organizma üzerindeki tahribatını açık şekilde göstermektedir. Hücre tahribatı kemoterapi denilen ilaç tedavisi ile en aza indirgenmeye çalışılmaktadır. Bu yöntem kimyasal ve biyolojik maddelerin vücuda verilmesidir aslında. Kemoterapi; kanser hücresinin DNA sentezi yapmasını ve mitoz bölünmesini durdurmak için kişiye özel uygulanan bir yöntemdir. Kemik iliğinin baskılanması, alyuvar ve akyuvar sayısında düşme, saç ve kirpik dökülmesi, bulantı, kusma gibi yan etkilerine rastlanmaktadır. Tedaviden net olarak istenen sonuç alınamamış olsa da kemoterapi sayesinde hastanın hayatının uzaması, hastalığın kötü etkilerinden korunması, hayat kalitesinin artması gibi olumlu yanıtlar alınmaktadır. Beyaz kan hücreleri (antikorlar) tarafından üretilen biyolojik aktif maddelerin (lenfokinler) kullanımı immünoterapiye dahildir. İmmünoterapi; bağışıklık sistemi tarafından kanserli hücrelere karşı doğal bağışıklık reaksiyonu arttırma çalışmasıdır. Araştırmacılar son zamanlarda interferon alfa denilen bir interferon çeşidi ile belli tipte lenf dokusu kanserlerinin kontrol altına alınmasında başarılı sonuçlara ulaşmışlardır. Radyasyon Onkolojisi Onkoloji ana bilim dalı altında, kanserli bölge tedavilerinde kullanılan iyonizan radyasyon sayesinde radyasyonun etkilerini, tümörlerin oluşum gelişim ve tedavi sürecini inceleyen bölüme “Radyasyon Onkolojisi” adı verilmiştir. Onkologlar tarafından yapılan araştırma ve çalışmalar sonucu radyoterapistlerin farklı tedavi yöntemleri üzerinde yoğunlaşmasına olanak sağlayan radyasyon tedavisi “Radyoterapi” (ışın tedavi) olarak adlandırılmaktadır. Işın tedavi genellikle radyasyon hassaslaştıcı ilaçlar ve cerrahi teknikler ile birlikte uygulanmaktadır. Radyasyon fiziği araştırma laboratuarlarında kanser biyolojisi üzerine yapılan çalışmalarda tek başına radyoterapi analizleri ve hasta takibi üzerine yeni protokoller geliştirilmektedir. Bilim adamları kanserin moleküler ve hücresel köken tedavisinde geliştirdikleri stratejiler ile tümör büyümesi ve oksijensizliğin etkilerini mercek altına almışlardır. Fonksiyonel görüntüleme ile yeni keşiflere yol açan bu uygulamaların başarı oranını arttıracağı tartışılmaz bir gerçektir. Dünya çapında hızla artan araştırmalar ve geliştirilen radyasyon odaklı teknikler sayesinde kanser ile mücadele gün geçtikçe daha da kolaylaşarak hız kazanmıştır. Radyasyon onkolojisi tedavileri radyo onkologlar tarafından büyük bir titizlikle uygulanmaktadır. Tümörü ortadan kaldırmak için gerekli toplam doz 49 hesaplandıktan sonra verilecek olan günlük dozu hesaplanır. Buna fraksinasyon takvimi denir. Radyobiyolojik olarak fraksiyonasyonun temelinde yatan hususlar kısaca 5R ile ifade edilebilir. Bunlar repair, repopulasyon, redüstribüsyon, reoksijenasyon ve radyosensitizasyon’dur. Redüstribüsyon: Yeniden düzenlenme demek olup, hücre döngüsünün değişik fazlarındaki tümör hücrelerinin zamanla faz değişikliğine uğramalarını ifade eder. Repair: Radyoterapiye bağlı olarak tümör hücrelerinde hasarlar meydana gelirken sağlam dokularda da hasar oluşur. Radyoterapiyi günlük dozlara bölerek uygulamak, hasara uğrayan sağlam dokuların tamirine zaman tanınmasını sağlar. Reoksijenasyon: Yeniden oksijenlenme demektir. Yapılan deneysel araştırmaların sonucunda, ortamdaki oksijen miktarının artması ile radyasyon etkisinin arttığı gözlenmiştir. Radyoterapinin ilerleyen seanslarında hasara uğrayan tümör hücrelerinin oksijen ihtiyacı azalacağından buna bağlı olarak doku aralığındaki oksijen konsantrasyonu artacaktır. Repopulasyon: Sağlam dokuların bölünme ve çoğalma kabiliyetini yeniden kazanması anlamına gelir. Radyoterapiden kısmen ya da geçici olarak etkilenen sağlam dokular tekrar normal döngüsüne dönerler. Radyosensitizasyon: Radyoterapinin etkinliğini artıran pek çok ajan tespit edilmiştir. Radyoterapi bu ajanlarla kombine edildiğinde tümör hücrelerinin tedaviye daha iyi cevap verdiği gözlenmiştir. Bu olaya radyosensitizasyon denmektedir. 50 Yan Etkiler ve Risk Radyoterapinin olası yan etkileri birçok faktöre bağlıdır. Alan genişledikçe komplikasyon riski artar. Ayrıca tedavi alanının içinde yer alan kritik organ sayısı ve hacmi arttıkça risk artar. Her organın radyasyona direnci farklıdır. Gerek toplam gerekse günlük doz miktarı ne kadar yüksek ise yan etki riski de o kadar yüksek olacaktır. Hastanın yaşı ve genel sağlık durumu da büyük önem taşımaktadır. Yaşlı ve direnci düşük hastalarda, genel durumu bozuk hastalarda radyoterapiye bağlı yan etkiler çabuk gelişir ve daha problemli seyreder. Doğru cihaz seçimi, doğru planlama ve tedavi süresince dikkatli bir takiple yan etki olasılığını asgariye indirmek mümkündür. Radyoterapi sonrasında oluşan yan etkileri hafifletmek ve tedavinin başarısını artırmak için radyoterapi öncesinde, uygulama süresinde ve sonrasında kişisel bakıma da özel bir önem verilmelidir. Dinlenme, hijyen, doğru ve dengeli beslenme hasar gören dokuların yenilenmesi için çok büyük önem taşımaktadır. Radyoterapide erken tanı ve tedavi çok önemlidir. gibi psikolojik etkiler ve vücuda zarar veren maddelerin tüketimi kanseri en çok tetikleyen sebepler arasında ilk sırada yer almaktadır. Sigara başta olmak üzere genetiği değiştirilmiş gıdalar, yanlış ilaç tedavileri, doğal olmayan yollarla üretilen gıda vb maddelerin tüketimi arttıkça sağlıksız yaşamlar ve sonucunda karşımıza çıkan ölüm sayısı da artacaktır. Ülkemizde sigara kullanımından kaynaklanan kanser çeşitlerinde hızlı bir artışa rastlanmaktadır. Uzmanların açıklamaları 20-25 yıl içinde bu durumun ülkemizdeki en büyük sağlık sorunlarından biri olacağı yönünde. Sigara kontrolü ve sağlıklı beslenme koşullarına adapte olmuş bir yaşam tarzı bu artışı durduracaktır. Yaz Geliyor Haydi Gölgelenmeye.. Yanlış okumadınız.. Yaz aylarının en sevilen dinlencesi olan güneşlenmek, vücudunuz için önüne geçilemez hasarlara neden olabilir. Hepimiz dört gözle deniz kum ve güneş üçlüsüyle rahat bir tatil planlarken, güneşin zararlı ışınlarından korunmayı ihmal etmemeliyiz. Güneş ışınlarının zararlı radyasyon etkisini en aza indirebilmek için yaz sıcaklarını gölgede dinlenerek geçirme fikri ve uzman tavsiyeleri göz ardı edilmemeli. Meltem Gündüz Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fizik Bölümü Geç kalınmış tedavilerde nonspesifik ömür kısalması, karsinogenez, genetik ve teratojenik etkiler gibi geri dönüşümü olmayan sonuçlar ortaya çıkabilir. T.C. Sağlık Bakanlığı Kanserle Savaş Dairesi’nin yaptığı araştırmalar gösteriyor ki beslenme bozuklukları, üzüntü, sıkıntı Kaynakça: 1. Cember H. Introduction to health physics. 2. Williams J; Thwaites D. Radiotherapy Physics. 3. Brady LW, Perez CA: Principles and Practice of Radiation Oncology. Lippincott. 4. http://radonc.stanford.edu 5. http://radonk.tripod.com 6. www.kanser.com.tr 51 Obezite Kader Değildir Dyt. Emel Zorlu Gaziantep Şehitkamil Devlet Hastanesi Diyet Uzmanı Obezite ( şişmanlık) artık aşina olduğumuz bir kelime. Yazılı ve görsel basında, internet ortamında, arkadaş muhabbetlerinde bahsi geçen ve işin acı tarafı hem dünyada hem de ülkemizde sürekli artış gösteren bir durum. Hayatın her anında karşımıza çıkan obezite kavramı aslında nedir, neyi ifade etmektedir ve bu durum gerçekten bir hastalık mıdır? Bu yazı obeziteye dair merak edilen konulara ve sürekli sorulan bazı sorulara cevap niteliğinde olması amacıyla yazılmıştır. 52 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Dünya Sağlık Örgütü’ne göre obezite, vücutta aşırı miktarda ya da anormal derece yağ birikmesi sonucu ortaya çıkan ve mutlaka tedavi edilmesi gereken multifaktoriyel bir sağlık sorunu olarak tanımlanmaktadır. Peki kilolarından rahatsız olup “Diyete başladım” diyen herkes bu grupta mı yer almaktadır? Yani obezitenin belirleyicisi, ölçütü nedir? Obezite çocuk ve yetişkinlerde ayrı şekilde değerlendirilir. 18 yaş altı grup olan çocuklar için percentil eğrileri dediğimiz değerlendirme sonucuna göre obezite sınırı belirlenir. Yetişkinlerde ise en yaygın olarak kullanılan değerlendirme Beden Kitle İndeksi (BKI)’dir. BKI kişinin kilosunun boyunun metre cinsinden karesine bölünmesiyle elde edilir. ( Örn: 72/ (1.6)2 ) Çıkan değer 18.5 ile 24.9 arasında ise kişi sağlıklıdır. 25 ile 29.9 arasında olması hafif toplu grupta olduğunu, 30’un üzerinde çıkması da obez grupta olduğunun göstergesidir. 30’un üzerindeki her 5 birimlik artış derecelendirilmiş olarak obezite sınıfını belirler. maktadır. Peki önemi ve riski fazla olan bu duruma neden olan etmenler nelerdir? Multifaktoriyel bir hastalık olması tanımı obeziteye neden olan pek çok faktörün olduğunu gösterir. Bunlardan en önde gelenler; aşırı enerji ( besin) alımı, sedanter ( hareketsiz) yaşam, metabolizma hızının yavaş olması, hormonal bozukluklar, genetik etmenler, psikolojik rahatsızlıklar, sürekli alkol alımı, sigara bırakma, teknolojideki gelişmelerdir. Obezite; vücut sistemleri (endokrin sistem, kardiyovasküler sistem, solunum sistemi, gastrointestinal sistem, deri, kas iskelet sistemi) ve psikososyal durum üzerinde yarattığı olumsuz etkilerden dolayı pek çok sağlık problemlerine de neden olmaktadır. Obezitenin çeşitli hastalıklarla ilişkisi bilinmekte olup morbidite ( hastalık oranı) ve mortaliteyi ( ölüm oranı) artırıcı etkisi de ortaya konulmuştur. Fazla kilolu olma Avrupa Bölgesinde her yıl 1 milyondan fazla ölümün ve hasta olarak geçirilen 12 milyon yaşam Yaygın olarak kullanılan 2. bir ölçüt ise bel kalça oranıdır. Karın yağ miktarını yansıtan bel çevresinin kalça çevresine bölünmesiyle bulunan bir değerdir. Bu oranın kadınlarda > 0.85 , erkeklerde > 1.00 olması obeziteyi belirtir. Bu sonuç özellikle kalp damar hastalıkları için önemli bir kriterdir. Ayrıca bel çevresinin kadınlarda 88 cm, erkeklerde 92 cm’den fazla olması hastalık riskini arttır- yılının sorumlusudur. Obezitenin komplikasyonları (neden olduğu hastalık/ rahatsızlıklar) insülin direncihiperinsülinemi, Tip 2 Diabet, koroner arter hastalığı, hipertansiyon, hiperlipidemi – hipertrigliseridemi ( kan yağlarının yüksekliği), metabolik sendrom, safra kesesi hastalıkları, karaciğer yağlanması, kemik ve eklem rahatsızlıkları, bazı kanser türleri 53 kanser türleri (kadınlarda safra kesesi, yumurtalık ve meme kanserleri, erkeklerde ise kolon ve prostat kanserleri ), adet düzensizlikleri ( Polikistik over vb.), ruhsal sorunlar (Anoreksiya nevroza (yemek yememe) veya Blumia nevroza (kusarak yediği besinlerden yararlanmama), Binge eating (tıkınırcasına yeme), özellikle sık aralıklarla ağırlık kaybetme ve kazanma sonucunda deri altı yağ dokusunun fazla olması nedeniyle deri enfeksiyonları, kasıklarda ve ayaklarda mantar enfeksiyonları gibi durumlardır. Obezitenin tedavisi nasıl olmalıdır? kontrolünde farmakolojik ( ilaç) tedavi uygulanabilir ve cerrahi müdahale yapılabilir. Eğer siz de su içsem yarıyor, başkaları benim kaç katım yiyor, benden daha zayıflar diyorsanız bir sağlık kuruluşuna başvurmalı, gerekli tetkikleri yaptırmalısınız. Çünkü belirttiğim üzere obezite multifaktöriyel bir hastalıktır ve fazla kiloların ardında her zaman aşırı yemek yemek olmayabilir. Obeziteye neden olan etmenler arasında metabolizma hızının yavaş olmasından bahsetmiştim. Aynı kaloride yemekleri yiyip gün boyu aynı aktivitelerde bulunan 2 insanın verdikleri kiloların farklı olmasının nedeni metabolizma hızı olabilir. Metabolizma hızı, tam bir dinlenme durumunda, organların çalışması, vücut ısısının korunması gibi yaşamsal faaliyetlerin sürdürülmesi için gerekli olan zorunlu enerji harcamasına denir. Metabolizma hızının düşük olması, çok fazla yemek yenilmemesine ya da diyet yapılmasına rağmen kilo vermeyi engelleyebilir. Metabolizmanın hızlanması için haftada en az 3-4 gün fiziksel aktivite ( yürüme, koşma, aerobik, spor vb.) yapılmalı, az az sık sık ( günde 5-6 öğün) yemek yenilmeli, bol bol su içilmeli, diyetteki yağ içeriği azaltılmalıdır. Yeşil çay, greyfurt, elma gibi metabolizma hızını arttıran besinler de tüketilebilir. Obezitenin tedavisinde ekip çalışmasının önemi büyüktür. Bu ekipte endokrinolog ya da dahiliye uzmanı, diyetisyen, fizyoterapist ve psikolog olmalıdır. Bu şekilde uygulanan tedavi daha etkili olacaktır. Kişinin gerekli kan tahlilleri yapılıp yorumlandıktan sonra tedaviye başlanmalıdır. İlk aşamada amaç, uygun egzersiz ve yaşam tarzı değişikliklerini bireyin hayatına geçirmesini sağlamaktır. Ardından beslenme ve diyet uzmanı tarafından kişiye uygun ve bireye özgü diyet tedavisine başlanmalıdır. Unutulmamalıdır ki diyet bireye özgüdür ve genel ilkeleri benzer olmakla birlikte kişiye özel hazırlanmalıdır. Diyet tedavisiyle istenilen sonuç elde edile- Metabolizma hızını etkileyen faktörler meyen BKI > 40 olan hastalarda doktor nelerdir? Yaş: Bebeklik döneminde en yüksek olan metabolizma hızı yaşlılığa doğru yavaşlamaya başlar. Cinsiyet: Erkeklerin metabolizma hızı kadınlara göre daha yüksektir. Bunun sebebi erkeklerde kas oranının fazlalığı, kadınlarda ise yağ dokusunun fazlalığıdır. Bu nedenle günlük alınan yağ oranı belirli sınırlarda olmak şartıyla azaltılmalıdır. Vücut sıcaklığı: Özellikle ateşli hastalık durumunda metabolizma hızı artış göstermektedir.37 0C’ den son54 sonra vücut ısısındaki her 10C artış metabolizma hızını %12.5 arttırır. Bu nedenle hastalık dönemlerinde alınan enerji normal gereksinimden daha fazla olmalıdır. Kimileri yaz ve kış mevsimlerinde aynı şekilde beslendiğini ama kış döneminde daha çok kilo aldıklarını söyler. Bunun nedeni kış mevsiminde hava sıcaklığına bağlı vücut adaptasyonu sebebiyle metabolizmanın yavaşlamasıdır. Hormonal durum: Tiroit bezinden salgılanan tiroksin hormonunun aşırı salgılanması metabolizma hızını arttırırken az salgılanması da azaltır. yemek yada sadece zayıflama anlamında olmayıp sağlığı korumak veya düzeltmek amacıyla uygulanan beslenme düzeni anlamına gelmektedir. Günümüzde insanlar diyet deyince sadece zayıflama diyetini algılamaktadırlar oysa diyet kelimesi bazı hastalıklarda beslenme programının adı ( Diabetik diyet, kolonoskopi diyeti vb.) veya sporcu diyeti vb. gibi özel durumu olan Uzun süreli açlık: Düzensiz yeme yeme, öğün atlama ve uzun süreli açlık durumlarında vücut savunmaya geçerek metabolizma hızını düşürür. Yapılan bazı araştırmalarla uzun süre normalden az besin alan bireylerin metabolizma hızlarının % 20 oranında azaldığı saptanmıştır. Bu oran eğer bireyler uzun süre açlık durumunda olursa % 50’ ye kadar çıkmaktadır. Uyku: Uyuduktan 5-6 saat sonra metabolizma hızında % 10’a kadar düşme olur. Diyet bileşimi: Protein ağırlıklı diyetler metabolizma hızını arttırmaktadır. Fakat bunun uzun süreli kullanımı başka rahatsızlıklara sebep olmaktadır. Dengeli bir diyetin bileşeni %55- 60 karbonhidrat, % 12-15 protein, % 25-30 yağ şeklinde olmalıdır. Diyet kelimesinin anlamı nedir? “Diyete başlamak” zayıflamak isteyen herkesin kullandığı bir tabir ama aslında bu kelime kullanıldığının aksine az yemek bireylerin beslenme düzenlerinin tanımlanmasında da kullanılan bir terimdir. Dengeli bir diyetin bileşiminde karbonhidrat oranının % 55- 60 olduğunu belirtmiştim. Günlük aldığımız enerjinin yarıdan fazlasını bu grup oluşturduğuna göre diyet yapan insanların ilk olarak yaptığı” ekmeği kesmek” durumu aslında yanlış bir davranıştır. Zayıflamak için yapılan diyet asla herhangi bir besin öğesini yada besin grubunu kısıtlayıcı olmamalı, her besin grubundan belirli oranlarda yemeği sağlamalıdır. Bu anlamda yapılan yanlış diyetler kişinin metabolik dengesini bozduğu için bir süre sonra verilen kilolar fazlasıyla geri alınır ve obeziteye kapı açılmış olunur. 55 Doğru diyet nasıl olmalıdır? • Birey ideal kilosuna ulaştıktan sonra beslenme düzenini değiştirir eski düzene geri dönerse verilen kiloların geri alınması kaçınılmaz olur. Bu nedenle yaşam tarzı ve beslenme alışkanlıklarımızı değiştirmek ilk hedefimiz olmalı. • Beslenme tek yönlü değil her besin grubunu kapsayacak şekilde olmalıdır. • Alınan enerji kadar yaktığımız enerjiyle de ilgilenmemiz gerekir. Bu sebeple de gün içerisinde hayatımızda mutlaka uygun bir fiziksel aktivite olmalıdır. Haftada 3- 4 gün yapacağımız 45 dakika tempolu yürüyüş bize oldukça yardımcı olacaktır. • Hızlı verilen kilolar hızlı geri alınır. Bu sebeple haftada 0.5- 1 kg ( 2-4 kg/ay ) arasında kilo kaybı en sağlıklı olanıdır. • DİYET BİREYE ÖZGÜDÜR! Kişinin yaşına, cinsiyetine, kilosuna, yaşam temposuna, metabolik durumuna göre diyetisyen tarafından hazırlanmalıdır. Bu nedenle aynı diyeti farklı kişiler uygulamamalıdır. tüm dünyada yayılan ciddi bir sağlık problemidir. Bu nedenle obezitenin sağlığı tehditi açısından önemi kavranmalı, gerekli önlemler en baştan alınmalıdır. Obeziteden kurtulmak, sağlıklı bir biçimde zayıflama için önce bireyin buna kendi hazırlaması ve kendine inanması gerekir. Bundan sonra yapacağı şey, bir sağlık kuruluşuna başvurup diyetisyenden yardım almasıdır. Hepinize sağlıklı günler dilerim… Dyt. Emel Zorlu Gaziantep Şehitkamil Devlet Hastanesi Diyet Uzmanı Kaynaklar: 1. www.beslenme.saglik.gov.tr 2. http://www.diyetisyenara.com/v2/ d e f a u l t . a s p ? Page=Kisisel&UyeID=4&Panel=Makale Detay&MakaleID=368 Obezite 2 . dünya savaşı sırasında ortaya çıkan salgın hastalıklardan sonra ilk defa 56 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 USB Belleklerde Devrim Buket Şafak Balıkesir Üniv. Fizik Böl. Hayatımızın teknoloji ile iç içe girmesinden bugüne kadar olan kovalamacada yanımızda sürekli yeri olan neredeyse hepimizin sahip olduğu teknoloji ürünü USB flash bellekler. Bunlardan biraz bahsedelim. Modern bilgi toplumunun temel problemlerinden birisi de günlük yaşantımızda hemen her alanda üretilen bilginin taşınması ve saklanmasıdır. Özellikle son yıllarda giderek artan bir hızla üretilen bilginin işlenmesinde ve saklanmasında hız ve kapasite artışı sağlayacak yeni nesil aygıtlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, düşük boyutlu yarıiletken ve nanoteknolojik aygıtlar üzerindeki araştırmalar yoğunluk kazanmıştır. 58 Yarı iletken endüstrisinin mikroelektronik aygıtlarda performans artışı sağlamak için temel stratejisi, boyutları küçülterek daha küçük alanlara daha çok devre elemanı yerleştirmek olmuştur. Böylece, bilgi teknolojilerinde işlem hızı ve bellek kapasitesi artmış aynı zamanda üretim maliyetlerinde ve güç tüketiminde azalma sağlanmıştır. Günümüzde de süregelen bu strateji başarısını yarı iletken fiziğinde elde edilen ilerlemelere borçludur. Endüstride devam eden küçültme eğilimi doğrultusunda, birim hücre boyutları 2005 yılında 90 nm ve 2008 yılı başında 45 nm boyutlarına inmiştir. “Yarı İletkenler için Uluslararası Yol Haritası” (International Roadmap for Semiconductors) öngörüsüne göre birim hücre boyutlarının 2014 yılında 14 nm’ye inmesi beklenmektedir. Nanometre boyutlarında yapıların üretimi, uygulanan fiziksel etkiler sonucunda atomların ya da moleküllerin belli bir düzen ile sıralanmasıyla veya kimyasal reaksiyonlarla bir araya gelmesiyle gerçekleştirilebilir. Bu yöntem “aşağıdan-yukarıya yaklaşımı” (bottom-up approach) olarak adlandırılmaktadır. A ş a ğ ı d a n yukarıya yaklaşımı atom ya da moleküllerin daha büyük ve düzenli yapılar oluşturmak için bir araya gelmesi, diğer bir deyişle, kendiliğinden organize olma süreci (self-organized processes) temeline dayanmaktadır. Kendiliğinden organize olmuş ada yapısının oluşabileceği ilk olarak 1938 yılında Stranski ve Krastanow tarafından ileri sürülmüştür. Günümüzde birçok farklı malzeme ve fiziksel özellik kullanılarak bellek aygıt üretebilmek için araştırmalara devam edilmektedir. Bunlar arasında teknolojik öneme sahip, yaygın olarak kullanılan belleklerden birisi de flaş belleklerdir. Flaş bellekler kalıcı hafızaya sahip aygıtlardır ve ortalama bilgi saklama süreleri 10 yıldan büyüktür. Flaş belleklerin bilgi saklamada kullandıkları elektron sayısı yaklaşık 103’ tür. Flaş bellekler bilgi saklamak için enerjiye ihtiyaç duymazlar. Bir flaş bellek sadece bilgi yazma/silme ve okuma süreçlerinde enerjiye ihtiyaç duyar, bilgi yazıldıktan sonra güç kesilse de yazılmış olan bilgi yıllarca saklanabilir. Ancak flaş belleklerin daha yaygın ve yüksek performanslı olarak kullanılabilmesi için dayanıklılıklarının arttırılması ve 10-20 milisaniye civarında olan erişim hızlarının düşürülmesi ve tüketilen enerjinin en aza indirgenmesi gerekmektedir. Bunları gerçekleştirmeye yönelik araştırma, yakın zamanda Purdue Üniversitesi'nden geldi. Bu araştırmanın temel amacı, düşük enerji tüketen, uzun ömürlü, veri yazma/okuma ortamı oluşturmak. Zira normal şartlarda belleklerin çok sık kullanıldığı, giderek daha yüksek kapasiteye sahip belleğe ihtiyaç duyulduğu bilgilerinden yola çıkan araştırmacılar, ısınma ve kapasite sorunu gibi çözümleri son kullanıcıda pek olmayan durumları azaltmaya ve engellemeye çalışıyorlar. 59 Artık hayatımızın neredeyse her alanına olumlu katkı sağlayan nanoteknolojiden yararlanan son ürün de flaş bellekler oldu. Nanoteknolojinin kullanıldığı flash belleklerde sadece daha hızlı okuma/ yazma oranları alınmadı, ayrıca elektrik tüketimi de yüzde 99 oranına kadar azaldı. Kaliteli okuma/yazma için herkesin hayalindeki daha büyük bir depolama alanına sahip taşınabilir bir USB flash bellek için ilk adımlar atılmaya başlandı. İngilizce açılımı ferroelectric transistor random access memory olan, Türkçeye Ferroelektrik Transistörlü Rastgele Erişimli Hafıza diye çevrilebilecek FeTRAM'ler yakın gelecekte hayatımıza büyük katkı sağlayacaklar. Organik Ferroelektrik polimer ile Silikon Nanobağlantıyı birleştiren bu yeni teknoloji, Purdue Üniversitesi'nde geliştiriliyor. nı açıkladılar. Ancak, Ferroelektrik polimer ile Silikon Nano bağlantıyı birleştiren bu yeni teknoloji yakın gelecekte birçok alanda hayatımızı daha kolay hale getirecek gibi görünüyor. Buket Şafak Balıkesir Üniversitesi Fizik Bölümü Kaynaklar: 1. h t tp : / /w w w. i tr s.n e t/ Links/2005ITRS/Home2005.htm 2. http://flash-bellek.com/usb-flashbellek/flash-bellek-nedir.html 3. PIC18F4550 MİKRODENETLEYİCİSİ İLE USB-PC VERİ AKTARIM ARABİRİMİ GERÇEKLENMESİ ( Yüksek Lisans Tezi) Bu teknolojiyi geliştiren üniversite araştırmacılarının yaptığı açıklamalara göre bu bellekleri kısa süre içerisinde ticari amaçla göremeyeceğimizi ama daha sonraki aşamalarda ticari olarak sunulacağı60 Kuark Bilim Topluluğu’nun bir çalışma grubu olan Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu uzun süredir hazırlıklarını sürdürdüğü Nanoteknoloji Tanıtım Kitapçığı’nı tamamlamak üzere! Gelişmeleri takip etmek için: http://facebook.com/kuarkmnb 61 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Malzeme Biliminin Yeni Ufku Nanoteknoloji Mühendisliği Prof. Dr. Turgut Baştuğ * Yrd. Doç. Dr. Nurdan Demirci Sankır * Erkan Aydın ** *TOBB ETÜ Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü **TOBB ETÜ Mikro ve Nanoteknoloji Programı mesine yol açmıştır. Nanoteknolojinin getirdiği bilgi birikimi kullanılarak daha dayanıklı, daha fonksiyonel, daha hızlı/verimli, daha az enerji sarfeden ve daha ucuz endüstriyel ürünlerin geliştirilmesi mümkün olmaktadır. Nano ölçekte üretim gerçekleştiren ve Ar-Ge yapan sanayi kuruluşları, klasik malzemeler ve üretim teknolojileri kullananlara kıyasla daha fazla rekabet gücüne sahiptirler. TOBB Ekonomi ve Tekno- Tüm mühendislik dallarında yeni ve ileri teknolojili uygulamaların yapılabilmesi için malzeme özelliklerinin ve davranışlarının bilinmesi gerekmektedir. Tarih boyunca çağın gereksinimleri bilim ve teknolojiye yön vermiştir. Bu gereksinimler doğrultusunda maden, metalurji ve malzeme mühendisliği arasındaki geçiş aynı sebeplerden dolayı günümüzde malzeme bilimi ve mühendisliğinin, nanoteknoloji alanına doğru genişle- 62 Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Nedir ve Klasik Malzeme Mühendisliği’nden Farkları Nelerdir? Teknoloji Üniversitesi (TOBB ETÜ), 1.500.000’nun üzerinde üyesi ile Türkiye'nin en büyük sivil toplum örgütü olan Türkiye Odalar Borsalar Birliği tarafından kurulmuştur. Pek çok ilke imza atan TOBB ETÜ çok önemli bir misyonu daha üstlenerek Türkiye’de lisans eğitimi veren ilk Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü’nü kurmuştur. 2012-2013 öğretim yılında ilk öğrencilerini alacak olan bölüm, temel malzeme üretim ve karakterizasyonuna yönelik çalışmaların yanısıra nanoteknolojinin ufuklarını kullanarak, klasik malzeme teknolojileri yaklaşımıyla sınırlarına ulaşmış olan endüstrilere yeni kapılar açan evrensel bilgi birikimine ve uygulama becerisine sahip, analitik düşünme ve araştırma yapma yeteneği gelişmiş, kendini sürekli yenileyebilen, girişimci ve lider genç mühendisler yetiştirmeyi hedeflemektedir. Sanayi-üniversite işbirliğinin ön planda tutulduğu eğitim ve araştırma vizyonu doğrultusunda ve sanayiden gelen istek ile TOBB ETÜ MBN Mühendisliği Bölümü şekillenmiştir. Öğrencilerimiz, lisans eğitimleri sırasında TOBB ETÜ Ortak Eğitim ve Kariyer Geliştirme Koordünatörlüğü ile anlaşması olan 800'ü aşkın firmada ürün/proses geliştirme alanlarında sigortalı ve asgari ücret alarak çalışma imkanına sahip olacaklardır. Bu sayede öğrencilerimiz, mezun oldukları zaman alanlarında edindikleri akademik bilgilerin yanısıra bir yıllık iş deneyimine de sahip olacaklardır. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği (MBN) metal, yarıiletken, seramik, polimer, biyomalzemeler ve kompozit malzemelerin üretimi, karakterizasyonu, cihaz uygulamaları üzerinde çalışan, bunların yanısıra nano boyutta malzemelerin endüstriyel uygulamaları konusunda faaliyet gösteren bir bilim ve mühendislik dalıdır. Nanomalzemeler kullanılarak daha dayanıklı, yüksek verimli ve bilinen malzeme teknolojileri ile üretilemeyen yeni ürünlerin hayata geçirilmesi mümkündür. Örneğin, su/kir tutmayan kumaş ve boyaların üretimi yapılmakta, otomotiv endüstrisinde çizilmeye dayanıklı kaplamalar yapılabilmekte, kanser tedavisinde ve teşhisinde nano yapılar kullanılmakta, hafıza aygıtlarının kapasitesi arttırılmaktadır. Bunların yanısıra uzay, havacılık ve askeriye gibi stratejik öneme sahip uygulamalarda performans/ ağırlık oranı arttırılabilmektedir. Bu ve benzeri uygulamaların hayata geçirilmesinde klasik Malzeme Bilimi ve Mühendisliği birikimi yetersiz kalmaktadır. Dolayısıyla tüm dünyada Malzeme Bilimi ve Mühendisliği değişime uğramaktadır. Bu değişimin merkezinde Nanoteknoloji bulunmaktadır. Nano boyuta inildiğinde malzemelerin bilinen fiziksel ve kimyasal özellikleri değişmektedir. Metaller yarıiletken gibi davranabilmekte, erime sıcaklıkları düşmekte veya farklı dalga boylarında emisyon yapabilmektedirler. MBN mühendisleri nano yapılı malzemelerin özelliklerini, üretim ve karakterizasyon yöntemlerini öğrenerek 21. yüzyılın hızla gelişen ve değişen ihtiyaçlarını karşılayabilecek bilimsel ve teknik alt yapıya sahip olacaklardır. Bu özellikleri ile iş dünyasında ön plana çıkacak ve sektörlerinde lider olan firmalarda çalışma imkanına sahip olabileceklerdir. 63 1’de gösterildiği üzere Nanoteknoloji 2000’li yılların başında hızlı yükseliş eğrisine girmiş ve 21. yüzyılın sonuna kadar büyüme hızının doğrusal olarak artması öngörülmektedir. Endüstri kuruluşlarının bilgi çağında rekabet güçlerini arttırmak ve hatta hayatta kalabilmeleri yenilikçi ürünler geliştirme le ri ile mümkü n o lacaktır. Nanoteknoloji bu gelişimin anahtarıdır. MBN mühendisliği öğrencileri malzeme yapısı, üretim ve testlerine yönelik temel Malzeme Bilimi ve Mühendisliği eğitimini de alacaklarından TMMOB Metalurji Mühendisleri Odası’na bağlı olarak çalışabileceklerdir. Dünya’da Nanoteknoloji Mühendisliği Son yıllarda Nanoteknoloji alanında eğitim veren üniversitelerin sayısında ciddi bir artış olmuş ve Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü dünyanın en iyi üniversitelerin en prestijli bölümleri arasındaki yerini almıştır. Dünya genelinde halen 61 yerde lisans, 131 yerde yüksek lisans ve 35 yerde doktora programı mevcuttur (http://en.wikipedia.org/wiki/ Nanotechnology_education). Türkiye’de toplam 6 üniversitede Nanoteknoloji ile ilgili lisansüstü program bulunmaktadır. TOBB ETÜ Mikro ve Nanoteknoloji Yüksek Lisans/ Doktora Programı bu konuda Türkiye’de öncü programlardandır. Nanoteknoloji eğitiminin lisans düzeyinde verilmesi konusundaki ilk girişimi yine Türkiye’de TOBB ETÜ yapmıştır. Dünya’da, Waterloo Üniversitesi, Kaliforniya Üniversitesi, Danimarka Teknik Üniversitesi gibi pek çok üniversitede Nanoteknoloji bölümleri lisans düzeyinde eğitim vermektedir. Ülkemizin bilim ve teknolojide dünyanın ileri gelen ülkeleri arasındaki yerini alması 21. yüzyılın teknolojisi olan Nanoteknoloji’yi anlaması ve uygulaması ile mümkün olacaktır. Nanoteknoloji marketi yıllık %11 büyüme hızı ile dünyada en hızlı büyüyen pazarlarındandır. 2009 yılında Nanoteknoloji pazar büyüklüğü yaklaşık 11 milyar dolar iken, bu pazarın 2015 yılı itibariyle 20 milyar dolar olması beklenmektedir (kaynak: BCC report). Şekil 2’den de görüldüğü gibi küresel markette en çok uygulama ve pazar bulan nanoteknoloji dalı nanomalzemelerdir. Şekil 1: Endüstri devriminin aşamaları Metal, yarıiletken, yalıtkan veya seramik olsun tüm malzemelerin nano boyuttaki özelliklerinin bilinmesi ve kontrol edilmesi sayesinde yeni uygulama alanları doğmuştur. Günümüzde otomotivden elektroniğe, sağlıktan güvenliğe kadar pek çok alanda nanomalzemelerin kullanılması ile yeni ve inovatif uygulamalar yapılabilmektedir. Nanomalzemeler, nano üretim veya nano karakterizasyonun avantajlarını kullanamayan ve bu teknolojiye ayak uyduramayan şirketler ise batma tehlikesi ile karşı karşıya kalacağı tahmin edilmektedir. Nanoteknolojinin Günümüz Teknolojilerindeki Yeri Nedir? Dünyadaki endüstri devrimine bakıldığında tekstil, demiryolu ve otomobil endüstrilerinin ardından 1900’lü yılların ortalarında bilgi çağına geçilmiştir. Bu çağın gereksinimleri doğrultusunda üretim ve karakterizasyon yöntemlerinin her yıl daha küçük ölçeklerde gerçekleştirilmesi doğrultusunda da Nanoteknoloji doğmuştur. Şekil 64 le hastanın yaşam kalitesi düşürülmeden tedavi edilmektedir. Bunların yanısıra b i y o - u y u m l u nanokompozitler ile diş ve kemik implantları geliştirilmektedir. Hafif ve dayanıklı nanokompozitler, elektromanyetik dalgaları kalkanlama özelliğine sahip kaplamalar, taşınabilir güç kaynakları ise havacılık ve askeriye sektörlerinin mevcut uygulamaları arasında yerini almıştır. Şekil 2: Küresel Nanoteknoloji Marketi Nanomalzemeler ve Uygulamaları Nelerdir? "Nanomalzeme" içerisinde veya yüzeyinde 100 nm'nin altında yapılar bulunduran tüm malzemelere verilen genel isimdir. Nanoparçacıklar, nanotüpler, nanoçubuklar, nanoplakalar mühendislik metodları ile üretilebilen nanomalzemelere örnek olarak verilebilir. Ayrıca nanomalzemeler doğada bulunan yapılardan esinlenerek de üretilmektedir. Nilüfer çiçeğinin yaprak dokusunda, bir kertenkele türü olan Gecko ayaklarında, kelebeklerin kanatlarında, kanatlı böceklerin gözlerinde nano yapılara rastlamak mümkündür. Nanoteknoloji uygulamalarının arasında en fazla yere nanomalzemeler yer almaktadır (Şekil 3). Bu yüzden mühendislik uygulamalarında nano yapıların özelliklerinin bilinmesi hayati önem taşımaktadır. Şekil 3: Nanoteknoloji Uygulamalarının Alanlara Göre Dağılımı Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendislerinin iş olanakları nelerdir? Ülkemiz kurum ve kuruluşları baz alındığında malzeme ile doğrudan ve dolaylı ilişkili olan sektörlerin oranı yaklaşık % 70’tir. Bu nedenle malzeme mühendisine ihtiyaç duymayan kuruluşların sayısı oldukça azdır. Bu geniş yelpaze içerisinde Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği savunma sanayiinden sağlık sektörüne, otomotiv, kimya, tekstil, plastik, elektronik sanayii gibi pek çok sektörde mühendis olarak iş bulma imkânına sahiptir. Özetle MBN mühendislerinin iş alanları şöyle sıralanabilir; Nano malzemeler günlük hayatımızda pek çok uygulamada kullanılmaktadır. Bu uygulamaların başında kimya ve sağlık sektörleri gelmektedir. Antimikrobiyal, su ve kir tutmayan kaplamalar, boyalar ve kumaşlar marketlerde yerini almıştır. Bunun yanısıra plastik ve kozmetik sektöründe de tüketicinin ihtiyaçlarını daha doğru bir şekilde karşılayabilecek ürünler nanomalzemeler kullanılarak üretilmektedir. Sağlık sektöründe kontrollü ilaç salınımı, akıllı nanoyapılar kullanılarak gerçekleştirilebilmekte böylelik65 Birincil malzeme üretim tesisleri, Beyaz eşya, otomotiv, havacılık, petrokimya, enerji, elektronik sektörlerinde faaliyet gösteren kurum ve kuruluşlar, Tıp ve biyomedikal konularında çalışan kurum ve kuruluşlar, Savunma sanayii ve araştırma kuruluşları, Demir-çelik ve diğer metal, seramik ve cam entegre işletmeleri, Toz metalurjisi, döküm, ısıl işlem ve bunun gibi kuruluşlar. MBN mühendisleri yukarıda sıralanan alanlarda Ar-Ge, üretim ve kalite kontrol mühendisi olarak çalışabileceklerdir. TOBB ETÜ genç girişimciler yetişme ilkesi ile mezunlarının kendi işlerini/şirketlerini kurmaları konusunda desteklemektedir. Bu doğrultuda MBN Mühendisliği mezunları da ilgi alanları ile örtüşen konularda faaliyet gösteren kendi şirketlerini kurma potansiyeline sahip olacaklardır. Ayrıca, MBN Mühendisliği öğrencileri lisans eğitimlerini tamamladıktan sonra Türkiye'de ve yurt dışında saygın okullarda lisansüstü eğitimlerine devam edebilirler. MBN Mühendisliği lisans mezunları dünyanın en iyi üniversitelerinin en prestijli bölümleri arasında yer alan Malzeme Bilimi ve Mühendisliği bölümlerinde yüksek lisanslarını ENARLAB yapabilecekleri gibi yurt dışında yaygın olan Nanoteknoloji Bilim ve Mühendisliği bölümlerinde de eğitim hayatlarına devam etme şansına sahip olacaklardır. Bunun yanı sıra mezunlarımız yüksek ihtisaslarını elektrik elektronik mühendisliğinde, makine mühendisliğinde, bilgisayar mühendisliğinde, kimya mühendisliğinde ve biyomedikal mühendisliğinde yapabileceklerdir. Malzeme Biliminin yeni ufku olan Nanoteknoloji alanında ülkemizde ve tüm dünyada yetişmiş eleman ihtiyacının çok yüksek olması mezunlarımızın lisansüstü eğitimlerini sürdürmelerinde de itici güç olacaktır. İş Dünyasının Gözü İle Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Tüm mühendislik dallarında yeni ve ileri teknolojili uygulamaların yapılabilmesi için malzeme özelliklerinin ve davranışlarının bilinmesi gerekmektedir. Otomotiv sanayinden, uçak sanayiye, seramik sanayinden elektronik sanayine, plastik sanayinden, tekstil sanayine kadar çok geniş bir yelpazede üretim yapan her türlü kurum/kuruluş Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisleri’ne ihtiyaç duymaktadır. Üniversitemizin güçlü sanayii işbirlikleri çerçevesinde edindiğimiz bilgiler doğrultusunda, pek çok farklı sektörde faaliyet gösteren Türkiye’de ve dünyada büyük başarı kazanmış firmaların ürün ve proses geliştirme konularında kalifiye eleman ihtiyaçlarının olduğu saptanmıştır. Bu kapsamda sektörlerinde lider olan pek çok kuruluş TOBB ETÜ Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendsiliği Bölümü’nü desteklemektedir. Bu desteğe paralel olarak MBN öğrencileri lisans eğitimleri sırasında A RÇE Lİ K , H A V E LS A N , ROKETSAN, TOYOTA, VESTEL gibi pek çok firmada ortak eğitimlerini gerçekleştirebileceklerdir. 66 TOBB ETÜ MBN Mühendisliği Bölümü öğretim üyeleri.Soldan sağa: Yrd. Doç. Dr. Nurdan Demirci SANKIR, Yrd. Doç. Dr. Ersin Emre ÖREN, Yrd. Doç. Dr. Hatice DURAN, Prof. Dr. Turgut BAŞTUĞ, Doç. Dr. Mehmet SANKIR, Yrd. Doç. Dr. Fatih BÜYÜKSERİN, Erkan Aydın. liği vb. kurumlar tarafından desteklenen yenilikçi pek çok araştırma projesi yürütülmektedir. Bu projelerde yüksek lisans/ lisans seviyesinde ilgili öğrencilerimiz görevlendirilebilmektedir. MBN Mühendisliği Bölümü başlıca çalışma konuları; Akıllı Malzemeler&Yapılar Nano malzemeler Nanoüretim ve karakterizasyon Polimerler Yenilenebilir Enerji Biyofizik Biyomalzemeler Hesapsal Metodlar olarak özetlenebilir. TOBB ETÜ MBN Mühendisliği Bölümü TOBB ETÜ, Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği bölümünün eğitim programı üniversitemizin ve bölümümüzün vizyonu ve misyonu doğrultusunda ve dünyadaki teknolojik gelişmelere paralel olarak düzenlenmiştir. Öğrencilerimiz 8 yarıyıla dağılan 141 kredilik bir program kapsamında temel malzeme bilimi ve mühendisliği derslerinin yanı sıra nanomalzemeler, nano üretim ve nano karakterizasyon gibi nanoteknoloji alanında özelleşmiş dersler alarak konularında uzmanlaşacaklardır. Ayrıca zengin seçmeli ders imkanı ile özelleşmiş konularda akademik bilgi birikimlerini arttırabileceklerdir. Çift anadal imkanı ile Biyomedikal, Makina, Elektrik Elektronik gibi farklı mühendislik alanlarında veya fakültenin onayladığı diğer dallarda lisans eğitimlerini paralel olarak sürdürerek iki diploma sahibi olabileceklerdir. TOBB ETÜ MBN bölümü genç ve dinamik akademik kadrosu ile TÜBİTAK, Sanayi, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Avrupa Bir- Prof. Dr. Turgut Baştuğ * [email protected] Yrd. Doç. Dr. Nurdan Demirci Sankır * [email protected] Erkan Aydın ** [email protected] *TOBB ETÜ Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü **TOBB ETÜ Mikro ve Nanoteknoloji Programı 67 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Tatlı ve Tuzlu Suların Gizli Kahramanları : Mikroalgler Ayşe Köse Ege Üniversitesi Biyomühendislik Ana Bilim Dalı Denizler ve okyanuslar her zaman ilgi çekici olmuştur bizler için. Akşam güneş batarken, gece yakamozu seyrederken, tekne ile gezintiye çıkarken, dalgalar kıyıya vururken ve daha pek çok anıda barındırdığımız ve hayranlık duyduğumuz uçsuz bucaksız mavilikler onlar… Bazı nehirler denizlere, okyanuslara karışır bazıları ise kendi halinde kaynağından çıkar ve akmaya devam eder nehir yatakları boyunca. Büyülü hikayelerde de yer etmiştir yer yüzünün su kaynakları. Ve aslında büyülere konu olacak, fantastik hikayeler tadında gizli kahramanları da vardı derinlerinde… Bu girişten sonra ilgi çekici bir şeylerin bu yazıda saklı olduğu hissine kapılabilirsiniz ki bence kapılmalısınız da… Bahsettiğim bu kahramanlar mikroalgler olarak adlandırılan tatlı ve tuzlu su kaynaklarında yaşayan fotosentetik organizmalardır. Güneş ışığı ve inorganik karbon kaynağı varlığında protein, karbonhidrat ve lipid gibi ürünler üretmektedirler. Keşifleri çok uzun yıllar öncesine dayanmakla beraber oldukça farklı ve fazla alanlarda kullanılabilme imkanları mikroalgleri değişen dünyada önemli bir yere koymuştur. Genel olarak mikroalglerin kullanıldığı alanlar gıda endüstrisinde, ilaç üretimlerinde hammadde olarak, kozmetik endüstride, besin takviyesi ilaçların yapısında, rekombinant protein üretiminde ve özellikle ilgi çeken bir alan olan algal biyodizel eldesinde kullanımında sıklıkla adlarından söz ettirmektedirler. Uzak Doğu’nun pek çok ülkesinde özellikle Japonya başta olmak üzere Chlorella türlerinden elde edilen algal biyokütle beslenme takviyesi olarak kullanılmaktadır. Hücrelerin kendileri sadece kurutulup tabletler haline getirildiğinde hem besleyici hem de bağışıklık sistemini güçlendirici özellikleri sayesinde insan sağlığında rahatlıkla kullanılabilmektedir. Aynı zamanda hayvan yemi sanayisinde yemlere kat- 68 yemlere katkı maddesi olarak da kullanılabilmeleri ile de hayvan besiciliğinde (kümes, küçük ve büyük baş) önemli bir yere sahiptirler. Sadece Chlorella türlerinden değil aynı zamanda Spirulina’dan da elde edilen besin takviyesi ilaçlar pek çok doğal ürün raflarında yer etmiş durumdadır ve tonlarla ifade edilebilecek kadar fazla bir üretim de söz konusudur. Antioksidan yapısında ürettikleri astaksantin, kantaksantin, lutein, βkaroten gibi pigmentler bu ürünlerin pazarına mikroalglerin girmesine olanak sağlamıştır. Kültür koşullarının kolay olması ve rahatlıkla üretilebilmeleri nedeniyle de üretim anlayışı üretimin devamlılığını sağlayabilecek olan mikroalg türlerine doğru kaymıştır. Son yılların gözde üretimlerinden iki tanesi ise mikroalgal yağlardan yağ asitlerinin eldesi ve bu yağ asitlerinin de transesterifikasyon yöntemi ile biyodizel eldesi sıklıkla çalışılmaktadır. Pek çok tatlı ve tuzlu su mikroalginin sahip olduğu yağ asitleri Ekstraksiyon yöntemi ile alınıp katalizörler yardımıyla metil esterlerine dönüştürülmektedir. Elde edilen dizel ısınma amaçlı ve taşıtlarda kullanılan petrol dizelinin yerine geçmek amacıyla kullanılmak istenmektedir aynı zamanda jet fuel adı verilen uçak yakıtları için de kullanılması amaçlanmaktadır. Algal dizel üretiminin pek çok alt basamağı olduğu için kurulan tesisin kapasite hesaplamaları hayati önem teşkil etmektedir. Mikroalgler stres koşullarında yağ metabolizmasını aktive ettikleri için verimlilik arttırıcı çalışmalar ile birim zamanda yağ üretimi miktarını arttırma üzerine yoğunlaşılmaktadır. Mikroalgler başka bir uygulama ile de karşımıza çıkabilmektedirler. Çinko, bakır, kurşun gibi ağır metaller özellikle suların ve toprakların kirlenmesini ve bu çevrelerde yaşayan ekosistem canlılarının hayatlarını tehdit eden bir unsur haline gelmiştir. Özellikle endüstriyel atık sulardan kaynaklanan ağır metallerin kirliliği ağır metal toksisitesine yol açmakta ve canlı yaşamında büyük zararlara neden olmaktadır. Ağır metalleri üzerine alan ve kullanan Mikroalgler sayesinde tatlı ve tuzlu su kaynaklarındaki bu kirlilikler doğal olarak biyolojik yollarla uzaklaştırılabilmektedir. 69 Bazı türler üretim ortamında çok baskın halde iken ve rahatlıkla çoğalabilirken bazı türler ise oldukça nazlı olarak adlandırılan ve yavaş üreyen, başka alg türleri tarafından çabuk kontamine olanlardır. Aynı zamanda foto miksotrofik olarak yanı hem güneş ışığını hem de ortama eklenen Gliserol, glukoz, fruktoz gibi organik karbon kaynaklarında çoğalabilen Mikroalgler de bulunmaktadır. Pek çok tür üzerine fotomiksotrofik çalışmalar yapılmaktadır. Heterotrof üretimlerin yapılması sağlansa da bu koşullarda üretim yapabilen tür sayısı yine de azdır. Mikroalgler çalışmaları keyifli, kolay kültüre alınabilin ve güvenli üretimlerin sağlanabildiği organizmalardır. Su kaynaklarının gizli kahramanları su yüzüne çıkartıldığında ise yelpazesi geniş bir kullanım alanına sahip olduklarını bize göstermektedirler. Yine son yılların gözde konularından bir diğeri ise mikroalglerden genetik modifikasyonla rekombinant protein üretimidir. Mikroalgler tarafından sağlanan proteinler GRAS (Generally Regarded As Safe) sınıfına girmektedir ve rahatlıkla kullanılabilir anlamına gelmektedir. Rekombinant protein üretiminde kullanılan model mikroalg Chlamydomonas reinhardtii’dir. Temel anlamda mikroalglerin kullanıldığı Ayşe Köse alanlar yukarıda listelenmiş ve bir özet ha- Ege Üniversitesi Biyomühendislik ABD linde sunulmuş olanlardır. Tanımlanan Biyomühendislik Dergisi Editörü mikroalg türleri ile daha farklı kullanım alanları geliştirilebilmektedir. Üretimlerde kullanılan alg türleri ise Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Duneliella salina, Chlorella sp., Chlorella vulgaris, Nannochloropsis salina, Nannochloropsis occulata, Phaeodactylum tricornutum ve Botryococcus braunii’ dir. Mikrolaglerin ne koşullarda üretildiği konusuna değinilirse, üretimler açık havuzlarda atmosfere açık sistemler halinde kullanılmaktadır. Daha kontrollü koşullarda ise yapay ya da doğal ışık ile aydınlatılması sağlanan tübüler ve panel sistemler kullanılarak üretimler yapılmaktadır. Her mikroalg için algin büyüme kinetiğine göre üretim sistemi seçilmesi yapılması en mantıklı karardır. 70 Türkiye’nin Ücretsiz Bilim Dergisi “NetBilim”, Artık İki Ayda Bir! Herkes İçin Bilim! http://netbilim.kuark.org Telomeraz, Yaşlanma ve Kanser Bahar Kuruca Fatih Üniversitesi Biyoloji Bölümü Telomerler, ökaryotik kromozomların uçlarında yer alır ve insanlarda TTAGGG şeklindeki tekrarlayan ünitelere sahiptir. Telomerik DNA’nın zincirinden sentezlenen telomeraz ise ribonükleoprotein yapısında olan reverstranskriptaz enzimidir. Bu enzim kendi RNA’sını kalıp olarak kullanmakta ve sentezlediği TTAGGG parçalarını kromozomal uçlara ekleyerek, uçtaki kayıpları engellemektedir. Makale içerisinde, yaşlanmanın sebeplerinden biri olan telomer kaybı hipotezine değinilmiş,telomer dinamiği, Hayflick limiti, replikasyon sonu problemi ve telomerazın kanserle olan ilişkisi irdelenmiştir. İnsan hücrelerinde gerçekleşen yaşlanmanın M1 ve M2 safhalarından meydana geldiği anlatılmış, bu aşamalarda görülen genel olaylara değinilmiştir. Sonuç kısmında ise telomer, kanser&telomer ve yaşlanma&telomer bağlantılarıyla ilgili genel bir yorum yapılmış, gelecekteki beklentilere yer verilmiştir. NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 İ nsanoğlunun varoluşundan beri aklını çelen en önemli sorulardan biri kuşkusuz; “Neden yaşlanıyoruz ve yaşlanmayı durdurup ölümün önüne geçebilir miyiz?” sorusudur. Leonard Hayflick günümüzden 45 yıl önce, normal insan fibroblastlarının en fazla 50 kez bölündüğünü, bu 50 bölünme sonunda gelişme ve bölünme yeteneklerini kaybettiğini bulmuştur (1). Yaşlanan hücreler, metabolik aktivitelerini sürdürürken bölünmeyi bırakıyor ve Hayflick limiti sonunda da ölüyorlardı. Leonard Hayflick’in bu sonuca ulaştığı zamanlarda hücresel yaşlanma ve organizmanın yaşlanması arasındaki bağlantı daha yeni kuruluyordu. Yapılan deneylerde, genç insandan alınan hücrelerin yaşlılardan alınan hücrelerden kültür ortamında daha fazla bölündüğü gözlenmişti. Yine laboratuvar ortamında yapılan deneylerde kaplumbağa hücrelerinin 100’den fazla bölünme geçirdiği gözlenirken, fare hücrelerinin 10-15 defa bölünme geçirdiği görülmüştür. Bu sonuç da, ömrü uzun olan türlerdeki bölünme sayısının, kısa olan türlerdekinden fazla olduğunu göstermektedir (1). Telomerler, onları, kromozumun diğer kısımlarından ayıran bir özelliğe sahiptir. Bu özellik, telomer dinamiği olarak geçer. Telomer dinamiği; DNA’nın, hücrenin geçirdiği bölünmeler sonucunda kaybını ve yeniden kazanılması olayını anlatır. İnsan gibi lineer DNA’ya sahip olan canlıların somatik hücrelerinde telomer dinamiği negatiftir; her hücre siklusunda(Hücre siklusu, hücrenin bölünmesi ve büyümesi esnasında meydana gelen olayları kapsayan döngüdür. Hücre siklusunda kontrol noktaları vardır ve bu kontrol noktalarının mutasyon gibi hatalar sonucunda değişimi kansere sebep olabileceği gibi bölünmede problemler de gösterebilir.) kaybedilen DNA miktarı, yeniden sentezlenen DNA miktarından fazladır (2). Şekil1’de gösterildiği gibi, hücrelerin her bölünme sonunda termal uçlardan bir miktar DNA kaybettiği ve bu kısalma sonunda da hücresel yaşlanmanın meydana geldiği ilk defa 1973’te Olovinikov tarafından ileri sürülmüştür. Yaşlı hücrelerden elde edilen telomerlerin de daha kısa olması bulguları da Olovinikov’un savını destekleyici rol oynamıştır. Telomerler ve Yapıları İlk defa 1938 yılında Muller tarafından tanımlanan telomerler, ökaryotik canlılardaki lineer kromozomların her iki ucunda da bulunan, heterokromatin yapısında olup, kromozomları, degradasyon, füzyon ve rekombinasyon gibi olaylardan koruyan, kromozomun bütünlüğünü sağlayan, insanlarda “TTAGGG” dizi tekrarı içeren yapılardır. Telomerler, ekzonüklezlara karşı dirençli olup, kromozomların bütünlüğü ve stabilitesini korur. Aynı zamanda kromozomların nükleus/çekirdek zarına tutunarak belirli bir pozisyonda kalmasını sağlar. Telomer yapısı incelenen organizmalarda, telomerik DNA’nın türler arasında farklılıklar gösterdiği görülmüştür. Tekrarlanan dizi Tetrahymena’da “GGGGTT” iken, insan ve diğer memeli canlılarda “TTAGGG” şeklinde tekrarlar olarak tespit edilmiştir (2). Şekil1: Her hücre replikasyonu sonunda termal uçlardaki termal bölgenin anlamlı kısmı kısalır ve sonunda Hayflick limitine ulaştığında, bu kısmın yitirilmesiyle yaşlanma ya da ölüm meydana gelir. Lineer DNA’nın Replikasyon Sonu Problemi Ökaryotik hücrelerde DNA’nın replikasyonu 5’ – 3’ yönünde olup, 8-12 bp’lik RNA Primeri ile gerçekleşir. RNA primeri, DNA polimeraz enziminin bağlanabilmesi için 3’-OH grubu sağlar; böylece DNA polimeraz yeni zinciri sentezlemiş olur. Şekil2’de de gösterildiği gibi, yeni sentezlenen yavru zincirin 5’ ucunda, RNA Primerinin boyu kadar, 8-12 bp’lik, boşluk oluşmaktadır. İşte bu duruma; sentezlenen yeni kalıp DNA’nın 3’ ucunun kopyalanamamasına, replikasyon sonu problemi denmektedir. Bu problemi engelleyebilecek mekanizmaların olmaması durumunda her hücresel döngü sonunda kalıp DNA’nın 3’ ucunda 50-200 nükleotitlik kayıp oluşmaktadır ve bu durum da yaşlanmayı beraberinde getirmektedir (2). Telomeraz Enzim Kompleksi Reverstranskriptaz olan ve kendisine ait RNA bulunduran telomeraz enzimi, telomer boyunun uzamasını sağlar. Guaninnükleotitlerince zengin olan telomeraz enzimi, kendi RNA’sını kullanarak telomer DNA’sının tek zincirini sentezler. Telomeraz enzim kompleksi; telomeraz proteinleri ve telomeraz RNA’sından oluşur. Telomeraz proteinleri; temel telomeraz proteinleri (TERT proteini) ve yardımcı proteinlerden meydana gelir. RNA’dan DNA sentezlenmesinde katalitik görev yapan TERT proteini insanda HTERT olarak isimlendirilir ve diziye komplementer “GGTTAG” tekrarlarından oluşan üniteleri sentezleyerek Guanin’ce zengin olan 3’ ucuna ekler. RNA kalıbı yeni sentezlenen telomerik dizinin 3’ ucuna kayar ve DNA polimeraz, telomerazın sentezlediği bu diziyi kalıp olarak kullanarak karşı komlementer zinciri tamamlar. Bu şekilde telomeraz enzimi pozitif olan hücrelerde, her hücre bölünmesinde kaybolan telomer boyu tamir edilir. Böylece telomer boyu her zaman hücre bölünmesine yetecek uzunlukta tutulur. Şekil 2: Telomeraz enziminin inaktif olduğu insan somatik hücrelerinde görülen replikasyon sonu problemi. Bu enzim aktif olmadığından, ardışık replikasyon döngülerinde yeni iplikçiğin gittikçe kısaldığı görülür. Bu da işlevsel öneme sahip olan genlerin kaybına neden olmaktadır. İnsanda telomeraz aktivitesine ilk kez servikal kanser hattı olan HeLa hücrelerinde rastlanmıştır. Bunun dışında, fetal, yeni doğmuş ve yetişkin testis ve ovaryumlarında rastlanmıştır. Yetişkinlerdeki tek çekirdekli perifal kan hücrelerinde gözlenen telomeraz aktivitesi, tümör hücrelerininkine göre daha düşüktür. Telomeraz aktivitesi, insan somatik hücrelerinde görülmezken, replikasyon kapasitesi yüksek olan dokularda ve birçok kanser türünde gözlenebilmektedir (1). Hücresel Yaşlanma ve Telomer Arasındaki İlişki Yaşlanma; genetik bir programla düzenlenen ve organizmayı yapısal ve işlevsel değişmelerle ölüme götüren olaylar toplamıdır (3). 74 ler bölünmelerini hayflick sınırına kadar sürdürürler. Hayflick sınırı ortalama olarak 50 bölünme olarak belirlendiğinden, hücre 50 bölünme sonrasına M1 safhasına giriyor denebilir. Bu evrede CyclinDependentKinase (CDK) oluşumu engellenir ve hücrenin G0 ya da G1’den S fazına geçişi durdurulur. Böylece hücre bölünemez ve yaşlanır (2). M2 evresi: Bu evreye, M1 evresini aşan hücreler girer. Bir hücrenin M1 evresini aşıp M2 evresine gelebilmesi için, M1 evresini kontrol eden p53, p21, pRbgibi tümör baskılayıcı proteinlerin yokluğu gerekir. Böylece bu proteinler G1 evresinde görev yapamaz ve hücre siklusu G2’den S fazına atlar ve hücre, bölünmesine devam eder. Bu durumda telomeraz aktivitesi aşırı azaldığından telomer boyu gittikçe azalır ve hücre ölür (2). Genç ve bölünmekte olan normal somatik hücrelerin telomeraz enzimi inaktif olduğu halde, hücre bölünmesi belli Hayflick sınırına kadar devam eder. Çünkü bu hücrelerde, telomer uzunluğu ~15 kbp olup, hücre bölünmesine yetecek uzunluktadır. Ancak her hücre bölünmesi sonucu, telomer boyu giderek kısalır ve telomer boyu ~5-7 kbp’e düştüğünden hücre bölünmesini sağlayamayacak duruma gelir (4). Böylece hücre yaşlılık dönemine girer. Germ hücrelerinin, servikal epitelyum, saç folikülleri gibi yenilenebilen dokular ve kemik iliği hücrelerinin, hematopoetik kök hücrelerinin ve aktif lenfositlerin telomeraz aktivitesi düşük olarak devam etmektedir. Ve bu sayede bu hücreler immortal/ ölümsüz hale geçmemektedirler (1). Somatik hücre yaşlanması M1 (Mortalite 1) ve M2 (Mortalite 2) evrelerinde gerçekleşmektedir. M1 evresi: Bu evrede telomeraz enzimi inaktif fakat telomer boyu bölünmeye yetecek uzunlukta olduğundan, somatik hücre- Şekil3: Kanser hücrelerinin bir enzim olarak ürettiği telomerazlar -mor renkte- (DNA dizilerine (TTAGGG) eklenen telomerler) onların kısalmasını engelliyor. [Art: Nicolle Rager Fuller] 75 Telomeraz ve Kanser Bugüne kadar incelenen farklı tip tümörlerin %85’’inden fazlasında telomeraz aktivitesi tespit edilmiştir. Bu tespit, immortaltümoral hücrelerde telomerazınreaktive olduğunu göstermektedir (1). M2 safhasındaki hücrelerin telomeraz enzimi regüle olup aktifleşirse telomerin boyu tekrar uzar. M1 evresini kontrol eden p53, p21 gibi kontrol proteinleri E6 gibi viralonkoproteinler tarafından inaktive edilirse, M2 evresine geçerler. Eğer M2 evresinde telomer boyu sabit kalırsa, hücre M2 noktasını da aşar ve hücre immortal hale geçerek bölünmeye devam eder. Böyle hücreler, telomerazreaktivasyonundan dolayı, kırılma ve füzyonlara daha yatkın hale gelirler ve böylece onkogen aktivasyonu gösterirler (3,4). p53, pRbinhibisyonu, hücrenin bölünmesine izin verir fakat hücreyi telomer krizine sürükler. p53 kaybı nedeniyle hücre büyüklüğü kontrol edilemez ve kaosa sürüklenen hücre, birçok kanser çeşidine ilk adımı oluşturur. “Telomer uzunluğunu arttırarak sonsuz canlılığa sahip olabilir miyiz?” sorusunu soran araştırıcılar, kültürü yapılmış insan hücrelerinde telomeraz genlerinin klonlayarak, 1000 baz çifti sonrasında bile bölünmeye devam ettiklerini göstermişlerdir. Ancak böyle bir işlem yüksek oranda kanser riski taşımaktadır (5). Telomer&kanser ve telomer&yaşlanma ilişkilerinin tam olarak oturtulması için yeni araştırmalara gerek duyulmaktadır. İnsan telomerazının kansere yol açmadan klonlanması, telomeraz aktivitesini regüle eden yeni genlerin bulunması ve ölüm ve yaşlanmaya yol açan telomeraz aktivitesi dışındaki mekanizmaların tam olarak aydınlatılmasıyla beraber kanser tedavisinde yeni gelişmeler beklenmektedir. Bahar Kuruca Fatih Üniversitesi Biyoloji Bölümü Kaynakça: 1. 2. Sonuç 3. İnsan primer hücreleri kullanılarak yapılan deneylerde, telomeraz pozitif olan hücrelerde, yaşlanma özelliğinin ortadan kalktığı ve hücre bölünmesinin devam ettiği görülmüştür. 20 popülasyon boyunca izlenen hücre hatlarının büyümenin yanı sıra genö morfolojiye sahip oldukları da gözlenmiştir. Bu ve benzer deneylerle beraber, telomer kısalmasının hücre uzunluğunun kısalmasında rol oynadığı doğrulanmıştır (2). 4. 5. Atlı K., Bozcuk A.N., GERİATRİ 2002, CİLT:5, SAYI:3, SAYFA:112 Dikmen G., Doğan P., T Klin Tıp Bilimleri 2003, 23:334-341 Bozcuk A.N., Ömür Uzunluğunun Genetik Evrimi. Doğa Bilim Dergisi: Temel Bilimler,1989. Cilt:6, Sayı:3. Başaran A., Tıbbi Biyoloji Ders Kitabı, 2004, Eskişehir: Pelikan Yayıncılık, Bölüm:9, Sayfa:262,263. Klug W.S.,Cummings M.R., Spencer C.A.: Genetik Kavramlar, (Prof. Dr. Reyhan Öner Çev.), Bölüm:12, Sayfa: 299 Dergimize Reklam Verebilirsiniz. İletişim: [email protected] Telomeraz ve Kanser Bugüne kadar incelenen farklı tip tümörlerin %85’’inden fazlasında telomeraz aktivitesi tespit edilmiştir. Bu tespit, immortaltümoral hücrelerde telomerazınreaktive olduğunu göstermektedir (1). M2 safhasındaki hücrelerin telomeraz enzimi regüle olup aktifleşirse telomerin boyu tekrar uzar. M1 evresini kontrol eden p53, p21 gibi kontrol proteinleri E6 gibi viralonkoproteinler tarafından inaktive edilirse, M2 evresine geçerler. Eğer M2 evresinde telomer boyu sabit kalırsa, hücre M2 noktasını da aşar ve hücre immortal hale geçerek bölünmeye devam eder. Böyle hücreler, telomerazreaktivasyonundan dolayı, kırılma ve füzyonlara daha yatkın hale gelirler ve böylece onkogen aktivasyonu gösterirler (3,4). p53, pRbinhibisyonu, hücrenin bölünmesine izin verir fakat hücreyi telomer krizine sürükler. p53 kaybı nedeniyle hücre büyüklüğü kontrol edilemez ve kaosa sürüklenen hücre, birçok kanser çeşidine ilk adımı oluşturur. Sonuç İnsan primer hücreleri kullanılarak yapılan deneylerde, telomeraz pozitif olan hücrelerde, yaşlanma özelliğinin ortadan kalktığı ve hücre bölünmesinin devam ettiği görülmüştür. 20 popülasyon boyunca izlenen hücre hatlarının büyümenin yanı sıra genö morfolojiye sahip oldukları da gözlenmiştir. Bu ve benzer deneylerle beraber, telomer kısalmasının hücre uzunluğunun kısalmasında rol oynadığı doğrulanmıştır (2). “Telomer uzunluğunu arttırarak sonsuz canlılığa sahip olabilir miyiz?” sorusunu soran araştırıcılar, kültürü yapılmış insan hücrelerinde telomeraz genlerinin klonlayarak, 1000 baz çifti sonrasında bile bölünmeye devam ettiklerini göstermişlerdir. Ancak böyle bir işlem yüksek oranda kanser riski taşımaktadır (5). Telomer&kanser ve telomer&yaşlanma ilişkilerinin tam olarak oturtulması için yeni araştırmalara gerek duyulmaktadır. İnsan telomerazının kansere yol açmadan klonlanması, telomeraz aktivitesini regüle eden yeni genlerin bulunması ve ölüm ve yaşlanmaya yol açan telomeraz aktivitesi dışındaki mekanizmaların tam olarak aydınlatılmasıyla beraber kanser tedavisinde yeni gelişmeler beklenmektedir. Bahar Kuruca Fatih Üniversitesi Biyoloji Bölümü Kaynakça: 1. 2. 3. 4. 5. Atlı K., Bozcuk A.N., GERİATRİ 2002, CİLT:5, SAYI:3, SAYFA:112 Dikmen G., Doğan P., T Klin Tıp Bilimleri 2003, 23:334-341 Bozcuk A.N., Ömür Uzunluğunun Genetik Evrimi. Doğa Bilim Dergisi: Temel Bilimler,1989. Cilt:6, Sayı:3. Başaran A., Tıbbi Biyoloji Ders Kitabı, 2004, Eskişehir: Pelikan Yayıncılık, Bölüm:9, Sayfa:262,263. Klug W.S.,Cummings M.R., Spencer C.A.: Genetik Kavramlar, (Prof. Dr. Reyhan Öner Çev.), Bölüm:12, Sayfa: 299 Kuark Bilim Topluluğu: http://www.facebook.com/kuarkorg NetBilim Dergisi facebook’ta : http://www.facebook.com/netbilim NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 “Einstein” ve Doğruları Polat Narin Kuark Bilim Topluluğu Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Klasik fizik ile açıklanamayan birçok deney, bir devrin kapanışının ve modern fiziğin doğuşunun bir göstergesiydi. Einstein bu yeni devrin neresindeydi? 80 Fizik bilimi, doğayı anlamaya yönelik maddeyi ve maddenin uzay-zamandaki hareketini inceleyen aynı zamanda da madde ve enerji arasındaki ilişkiyi irdeleyen bir doğa bilimidir. Dolayısıyla fizikçiler, doğada hareket eden nesnelerinin hareketlerini inceler ve onları anlamaya çalışır. Yüzyıllar boyu bütün fizikçiler, doğa ile iç içe olan problemleri çözmeye çalışmaktadırlar ve bu problemlerin çözme girişimleri sonucunda da çok ilginç sonuçlar elde etmişlerdir. 1900’lü yıllara gelene kadar klasik fizik gözümüzle gördüğümüz dünyamızdaki çoğu fiziksel olayı açıklamıştır, hatta bazıları için bu yeterliydi bile! Ancak artık bazı konuları açıklayamadığı düşünen insanlar da yok değildi. Modern fizikle tanışma süreci bu dönemlerde başlamıştır. Siyah cisim ışıması, Fotoelektrik olay, Compton olayı bizlere modern fiziği tanıtan en önemli deneylerdir. Isıtılan bir cismin ışınım yaptığı biliniyor ve yayılan enerjinin, ışımanın dalgaboyu ile olan ilişkisi araştırılıyordu. Buradan çıkacak sonuçlar fiziğe bir yön verecek ve yeni oluşumun temelleri atılacaktı. Bütün dünyada fizikçiler o dönemi sıkı bir şekilde takip ediyor ve herkes yeni bir fizik mi doğuyor diye bekliyordu. Bu yapılan deneyler bu uzun süren bekleyişi modern fizik ile taçlandırdı. Klasik fizik ile açıklanamayan bu deneyler, bir devrin kapanışı ve modern fiziğin doğuşunun bir göstergesiydi. 1900’lü yıllar kuantum fiziğinin başlangıcı olarak kabul edilebilir. Kuantum kuramının ilk adımı Max Planck tarafından atıldı aslında ve siyah cisim ışıması, kuantum fiziğinin doğmasında büyük rol oynadı. Max Planck siyah cisim ışımasında yayılan enerjinin ışımanın dalgaboyu ile ilgili ilişkisinde ortaya çıkardığı kendi adının verildiği Planck sabiti ile fizikteki gelecek çalışmaları etkiledi. Albert Einstein, kuantum fiziğinin temelinde çok büyük bir rol oynayan ve yaptığı bütün deneyleri kusursuz bir biçimde açıklayarak, hiçbir deneyin sonucunu şans ile açıklamayan büyük bir deha olduğunu ifade etmek yanlış olmaz. Einstein, fotoelektrik olayı Max 1921 yılında Albert Einstein Vienna’da ders verirken Planck’ın Planck sabitinden doğan kuanta fikrini kullanarak açıkladı ve ışığın tanecikli yapıda olduğu da deneylerle gözlemlenmişti. Bu deneyler, dalga-parçacık ikileminde ışığın parçacıklı yapıda olduğunu göstermiştir. Dalga-parçacık ikilemi kısaca şöyledir; kuantum mekaniksel olarak, “Hareketli taneciğin aynı zamanda bir dalga özelliği de vardır.” De Broglie’nin meşhur sözü bu ikilemi açıklamıştır. 1905 yılı Einstein için ve Fizik için bir dönüm yılıdır. İsviçre de Patent Enstitüsünde çalışırken bu klasik fizikle açıklanamayan bir çok yanı olan fotoelektrik olayını tıpkı Max Planck’ın siyah cisim ışıması olayında yaptığı gibi ama onun fizik bilimine hediye ettiği kuanta fikrini kullanarak Einstein, matematiksel olarak açıklamıştı. Sonraları anlaşılacaktı ki bu açıklama Einstein için aslında bir kurtuluş olmuştur. Nihayetinde onun ünlü görelilik kuramları yerine Nobel Fizik Ödülü’nü 1921’de fotoelektrik olayını kuanta fikrini kullanarak açıklaması nedeniyle kazanmıştır. Kuantum teorisindeki bu dönüm noktalarından birini klasik fizik dışına çıkarak açıklayan Einstein tarafından ortaya konulan “Özel Görelilik Kuramı”, mekan ve zamanın gözlemciye bağlı olarak değişebi- 81 değişebileceğini söylemektedir. Bu kuramın önemli sonuçlarından biri de E=mc2 formülü ki gerçekten çok önemlidir. Madde ile enerjinin birbirine bağlı olduğunu söyler. Kuantum mekaniksel olarak ışık hızı mertebesindeki hızlarda geçerli olup, düşük hızlarda Newton mekaniği ile uyumludur. Einstein istatistiksel fiziğe de katkılarda bulunmuştur ve Hintli fizikçi Nath Bose ile çalışmalara başlamıştır. Bose bir gazın sıcaklığının mutlak sıfıra düşürüldüğünde, onu oluşturan atomların kendi özelliklerini kaybedip, tek dev bir atoma dönüşeceğini söylemiştir. Bose bu metodu fotonlar için yapmıştır. Einstein ise bunu ayırt edilemeyen parçacıklar için genellemiştir. Einstein etkileşmeyen bu parçacıklardan oluşan bozon gazının tek bir kuantum durumunda yoğunlaştığını belirtmiştir. Max Planck 1900’lü yılların başında siyah cisim ışımasında kuanta fikrini ortaya koyduktan sonra yani kuantum fiziğinin temeli için bir zemin hazırladıktan sonra; Einstein, Schrödinger, Bohr, De Broglie, Dirac gibi önemli bilim adamları tarafından geliştirildi ve açıklandı. Kuantum kuramının geliştirilmesi ve ne olduğunun anlaşılması için yenilikçi fizikçiler bütün bilgi birikimlerini ortaya koymuş ve neticesini kuantum fiziği ile almışlardır. Kuantum fiziği, kuantum düşünce yapısı ve kuantum mekaniğinin harmanlanması ile ortaya çıkmış ve bu düşünce yapısının temelinde Albert Einstein da fotoelektrik olayını matematiksel olarak ifade etmesiyle yer almasına rağmen sonraları kuantum fiziğinin en önemli ilkelerinden biri olan belirsizlik ilkesine “Tanrı zar atmaz” deyimiyle de karşı çıkmıştır. Yine de Einstein, kuantum düşüncenin oluşmasına katkıda bulunurken onun en önemli düşünce deneyi olan Görelilik Kuramı’nı iyi açıklamıştır ve bu Einstein için çok büyük ilerleme olmuştur. Albert Einstein, bilimde doğru işlerin yanı sıra hatalar da yapmış olabilir. Kendisini çok daha iyi yerlere getirecek olan sonuçları aslında bulup, kendi kuramına ters olduğu için kabul etmeyen bir fizikçidir aslında Einstein. Görelilik denklemlerini oluştururken, Einstein bir şeyi fark etti evren genişleyerek büyüyordu. Ancak Einstein bu durumu kabul etmedi. Kendi kuramının temelinde, sabit evren modeli yatıyordu ve bütün denklemleri ona göre düzenlemişti. Ancak bir gerçek vardı ki evren genişliyordu. Einstein bu durumu denklemlerdeki bir hatadan dolayı yaptığını düşünmüş ve ona kozmolojik sabit getirerek çözüm bulmuştur. Fakat Hubble Uzay Teleskobu’nun yaptığı gözlemler sonucunda oluşturulan denklemlerde kozmolojik sabitin olmadığı söylenmiştir. Einstein bu durumdan “hayatımda yaptığım en büyük hata” diye bahsetmiştir. 82 deneyin sonuçlarının ilk duyurulduğu zamanlarda tüm medyada yer alan Einstein yanıldı mı gibi başlıkların ne kadar yanıltıcı olduğu son zamanlarda CERN’den yapılan açıklamalarla ortaya konmuştur. Ancak yine de nötrinoların ışıktan hızlı olup olmadığı test edilecek farklı deney ortamlarında… CERN yaptığı açıklamada Mayıs ayında tekrar ölçüm alacağını duyurmuştur. Nötrinolar ile ilgili deneyler diğer farklı ortamlarda devam edecek ve belki de farklı deney ortamlarında tekrarlanan deneylerin yine aynı sonuçları vermesi durumunda Einstein tekrar yanılmış olabilir ancak bunun olma ihtimali oldukça düşüktür. Diğer yandan da Einstein’in özel görelilik ve genel görelilik kuramları yadsınamaz bir şekilde evrenimize olan bakışımızı değiştirdiği gerçeğini değiştirEinstein, kozmolojik sabit hatasını kabul meyecektir hiçbir şey! etmiş olmakla birlikte hala şüphe duymaya devam etmiştir. Einstein’nın hataların- Polat Narin dan diğeri ise “belirsizlik prensibi” olarak Kuark Bilim Topluluğu bildiğimiz ilkedir. 1927 yılında başlayıp, Gazi Üni. Nanoscale Devices and 1930’lara kadar süren Solvay kongresinde Carrier Transport Group Niels Bohr ile yaptığı kuantum mekaniksel tartışmalar Einstein’ı yine bir hataya sü- Kaynaklar: rüklemekteydi. Einstein’a göre “Tanrı zar 1. http://www.kuark.org/2012/02/ atmaz” düşüncesi geçerliydi. Ancak kuan- i s i k t a n - h i z l i - n o t r i n o - d e n e y l e r i n d e tum mekaniksel olarak iki fiziksel niceli- kusurlar/ ğin aynı anda sıfır hata ile ölçülmesi 2. https://www.anadolu.edu.tr/aos/ mümkün değildi. Heisenberg bunu açıkla- kitap/IOLTP/2279/unite02.pdf mış ancak Einstein buna karşı çıkmıştı. 3. http://www.kuark.org/2011/11/ Niels Bohr ile sürekli bu konu hakkında fotoelektrik-olayi-ve-sonuclari/ tartışıyordu ancak ikna olmuyordu. Sonuçta Einstein yine yanılmıştı. Einstein, yaptığı çalışmalarla fiziğe katkısını göstermiş ve açıkladığı sonuçlarla kendisini kanıtlamıştır. Ancak doğruların yanında elbette yanlışları da vardı. Son günlerin tartışma konusu olan ışıktan hızlı nötrinolar, bir anda fizik dünyasını heyecanlandırmıştır. OPERA deneyinde nötrinoların ışıktan hızlı olduğu sonucu çıksa da kardeş deneyi olan aynı nötrinolarla deney yapan ICARUS deneyinde ise tam tersi bir sonuç elde edilmesi büyük tartışmalara da neden olmuştu. Bu 83 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Dünya’nın İlk Tek Atom Transistörü Gökhan Atmaca Gazi Üni. Nanoscale Devices and Carrier Transport Group Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Gelecek kuantum hesaplama ve kuantum bilgisayar teknolojileri için çok önemli bir basamak olan tek atom transistöründe yıllardır teorik yapılan çalışmaların sonucunda artık gerçekte üretilmiş, mükemmel bir atomik hassasiyete sahip silikon kristali üzerine fosfor atomlarından oluşan bir tek atom transistörü ilk defa yapıldı. 84 M rabilmeyi -bu gerçekten de ihtiyacımız olan bir şeydi- ve aynı zamanda da geçiti oluşturabilmeyi sağladı.” Elektrodlar arasına uygulanan bir voltaj birbirine dik elektrodlarda bir akım indükler. UNSW’den bu araştırma grubu ultra yüksek vakum çemberi içindeki kristalin yüzeyinde atomları manipüle etmek ve görmek amacıyla bir taramalı tünellemeli mikroskop (STM) kullandılar. Bir litografik süreç kullanılarak, araştırmacılar kristal üzerinde fonksiyonel aygıtlar içine fosfor atomlarını düzenlediler ve sonra onları bir reaktif olmayan hidrojen ile kapladılar. Hidrojen atomları hassas olarak belirlenen bölgelerde mikroskobun (STM) süper-iyi metal ucu ile seçilerek kaldırıldı. Bir kontrollü kimyasal reaksiyon sonrası silikon yüzeyi içindeki fosfor atomları katılır. Son olarak, dört fosfor elektrodu ve bir tek fosfor atomundan oluşan bu yapı bir silikon katmanı ile kapsüllü hale gelir ve bu aygıtın elektriksel teması metalik bağları hizalamak amacıyla silikon çip üzerindeki sıralanmış işaretçilerden bir karmaşık bir sistem kullanılarak sağlanmış olur. Bu aygıtın elektronik özellikleri tek bir fosfor atom transistörü için yapılan teorik yaklaşımlarla oldukça uyumlu çıktı. Bu transistörlerin Moore Yasasına ayak uydurarak yaklaşık 2020 yılında tek atom seviyesine ulaşılacağı tahmin ediliyor. Moore Yasası, her 18 Bu tek atom transistörün STM'deki görüntüsüdür. Fosfor ayda bir çip bileşenlerin sayısının iki atomları kırmızı olan bölgelerdedir. Credit: ARC Centre katına çıkacağını öngören bilgisayar dofor Quantum Computation and Communication. nanımında devam eden süreci tanımlar. Bu büyük gelişme bunu (Moore Yasasıarama yapmak zorundaydılar ya da çalış- na uymayı) mümkün hale getirecek teknomalarından birini izole etmek amacıyla lojiyi geliştirdi ve aygıtların atomik sınıra çok atomlu aygıtları ayarlamak. ulaştıktan sonra nasıl davranacaklarına Mikroskopik aygıt yüzeyini aşındıran çok dair üreticilere değerli bilgiler de verdi. küçük görülebilir işaretleyicilere sahiptir yani araştırmacılar metal kontaklarla bağ- Gökhan Atmaca http://twitter.com/kuarkatmaca lantı kurabilir ve bir voltaj uygulayabilir. Araştırmanın lideri UNSW’den Dr. Martin Kaynak: Fuechsle çalışmaları ile ilgili olarak, “ Bi- http://www.nature.com/nnano/journal/ zim araştırma grubumuz gerçekten de ne- vaop/ncurrent/full/nnano.2012.21.html redeyse atomik hassasiyetle bir fosfor atomunu bir silikon ortamı içine konumlandıikro-mühendisliğin dikkate değer bir başarısı olarak New South Wales Üniversitesi (UNSW) fizikçileri bir silikon kristalinin içerisine hassas bir şekilde yerleştirilen tek bir atomu içeren çalışan bir transistör yaptılar. Çok küçük elektronik aygıt, bugünlerde Nature Nanotechnology dergisinde yayınlanan bir yayında tanımlandı. Bu aygıt, atomik ölçek elektrotlar ve elektrostatik kontrol geçitleri arasında düzenlenen birbirinden ayrı fosfor atomunu aktif bir bileşeni olarak kullanır. Bu benzeri görülmemiş atomik hassasiyet eşsiz hesaplama verimliliğine sahip gelecekteki bir kuantum bilgisayarın temel bir yapıtaşı olabilir. Şimdiye kadar, tek atom transistörlerin gerçekleştirilmesi için tek bir şansı vardı; araştırmacılar ya çok sayıda aygıt üzerinde 85 NetBilim Dergisi—Nisan2012– Sayı 13 Biyomedikal Uygulamalar İçin: Grafen Kuantum Noktalar Damla Polat Gökhan Atmaca Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Rice Üniversitesi'nin bir laboratuvarında grafen kuantum noktaları yaygın olarak bilinen karbon fibere dönüştürmenin bir yolunu buldu. Grafen kuantum noktalar elektronik, optik ve biyomedikal uygulamalarında yararlı olması beklenen özellikleri ile çok çok küçük madde lekeleri/zerreleri şeklinde tanımlanabilir. 86 R ice Üniversitesi'nden malzeme bilimci Pulickel Ajayan, Çin, Hindistan, Japonya ve Teksas Tıp Merkez'lerinden çalışma arkadaşları ile bir işbirliği içinde grafen kuantum noktalar yapmanın daha önceki tekniklerden daha da basit hâle getiren bir adımlı kimyasal süreci keşfetti. Bu çalışmanın sonuçları Amerikan Kimya Derneği'nin dergisi Nano Letters'da 2012 yılının Ocak ayında yayınlandı. Grafen katmanların elektron demeti litografisi veya kimyasal bozulma kullanılarak spesifik elektronik ve ışık saçan özellikleri ile grafen temelli kuantum noktalar yapmak için çok sayıda girişim olmuştu. Ajayan ve çalışma arkadaşlarının çalışmalarında karbon fiberler içinde grafitli karbon nanoalanların zaten var olduğundan dolayı bunları daha ucuz ve bol bir şekilde kullanmayı amaçladılar. 1980 yılında keşfedilen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı içeren yarıiletkenlerdir. Kuantum noktalar bilgisayarlardan, ışık yayan diyotlar (LED), güneş hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere kadar varan bir uygulama aralığında umut verici yapılardır. Bu çalışma içerisinde Rice Üniversitesi'nde keşfedilen kuru kimyasal süreç aracılığıyla bulk (yığın) olarak üretilen 5 nanometre altı karbon temelli kuantum noktalar yüksek çözünürlüğe sahip ve onların boyutları onları oluşturan sıcaklık aracılığıyla da kontrol edilebilir. Oksidize karbon fiber ile ilgili bir deney sırasında bir aktarımlı elektron mikroskobu ile bir kaç damlalık bir çözeltiye baktıkları sırasında karbon fiberin kimyasal işlemi aracılığıyla çıkartılan grafenin oksidize olmuş nanoalanlarda bu kuantum noktaları görmelerini "tamamen sürpriz" olarak niteleyen araştırmacılar. Bu nanoalanları ya da grafen parçalarından oluşan zerreleri kuantum noktalar olarak tanımlamışlar ama onlar üç boyutluydu, yani tam anlamıyla grafen kuantum disk gördüklerini ifade ettiler. Diğer tekniklerle kuantum noktaları oluşturmanın hem haftalar aldığı hem de pahalı olduğu bir dönemde ticari olarak yaygın olan karbon fiber malzeme- Bu aktarmalı elektron mikroskobu görüntüsünde görülen siyah lekeler Rice Üniversitesi’nde kuru bimyasal süreç aracılığıyla üretilen grafen kuantum noktalarıdır. sinin nispeten ucuz olduğu düşünülürse bu yöntemin çok sayıda grafen kuantum noktalar üretmek için büyük bir avantaj sağlayacağı düşünülmekte. Bu kuantum noktaların büyüklüğü ve böylece onların fotolüminesans özellikleri nispeten düşük sıcaklıklarda onların işlenmesiyle kontrol edilebildiği araştırmanın bir diğer bulguları arasında. Sıcaklığı 80'den 120 dereceye değiştirdiklerinde, kuantum noktaların 120 derecede mavi, 100 derecede yeşil ve 120 derecede sarı renkte ışıldadıkların gözlemişler. Grafen kuantum noktaların bu tür özellikleri ise tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer biyomedikal uygulamalar için büyük bir potansiyeldir. Bir atom kalınlığında olan grafen malzemesinin elektronik devrimindeki olağanüstü gelişimine bu çalışma da yeni bir boyut kazandırmış gibi görünüyor. Damla Polat—Gökhan Atmaca Kaynak: http://www.physorg.com/news/2012-01graphene-quantum-dots-big-small.html 87 Kutup Buzulları Eriyor! Photo by Sarah Das, Woods Hole Oceanographic Institution Kuark Bilim Topluluğu “Türk Gençliği, Geleceği İçin Çalışıyor!”
