BİYOLOJİ ÖĞRETMEN ADAYLARININ
NANOBİYOTEKNOLOJİ KONULARINDAKİ BİLGİ
SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİ VE NANOBİYOTEKNOLOJİ
ÖĞRETİM YÖNTEM VE SEVİYELERİNİN ARAŞTIRILMASI
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hazırlayan NURİ BALEMEN
BİYOLOJİ ÖĞRETMEN ADAYLARININ
NANOBİYOTEKNOLOJİ KONULARINDAKİ BİLGİ
SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİ VE NANOBİYOTEKNOLOJİ
ÖĞRETİM YÖNTEM VE SEVİYELERİNİN ARAŞTIRILMASI
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Hazırlayan Nuri BALEMEN
Tez Danışmanı Prof. Dr. Orhan ARSLAN
Eğitim Bilimleri Enstitüsü Müdürlüğüne
Nuri BALEMEN’ in ‘BİYOLOJİ ÖĞRETMEN ADAYLARININ NANOBİYOTEKNOLOJİ KONULARINDAKİ BİLGİ SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİ VE NANOBİYOTEKNOLOJİ ÖĞRETİM YÖNTEM VE SEVİYELERİNİN ARAŞTIRILMASI’ başlıklı tezi 03.31.2009 tarihinde, jürimiz tarafından Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek Lisans Tezi olarak kabul edilmiştir.
Adı Soyadı İmza
Üye : Prof. Dr. Orhan ARSLAN (Tez Danışmanı) ... ... Üye : Prof. Dr. Mustafa YEL ... ... Üye : Yrd. Doç. Dr. Asım Özdemir ... ...
ÖZET
BİYOLOJİ ÖĞRETMEN ADAYLARININ NANOBİYOTEKNOLOJİ KONULARINDAKİ BİLGİ SEVİYELERİNİN BELİRLENMESİ VE NANOBİYOTEKNOLOJİ
ÖĞRETİM YÖNTEM VE SEVİYELERİNİN ARAŞTIRILMASI BALEMEN, Nuri
Yüksek Lisans Tezi, Biyoloji Eğitimi Bilim Dalı Tez Danışmanı: Prof. Dr. Orhan ARSLAN
Şubat – 2009
Bu çalışmada, biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konularındaki bilgi seviyelerini belirlemek amaçlanmıştır. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji bilgi testi puanlarının; öğretmen adaylarının cinsiyetlerine, öğrenim gördükleri sınıf düzeylerine, mezun oldukları lise türlerine, ailelerinin eğitim durumlarına ve ailelerinin gelir durumlarına göre farklılık gösterip göstermediği incelenmiştir. Ayrıca bu çalışmada, biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji eğitimi hakkında sahip oldukları düşünceler incelenmeye çalışılmıştır.
Analiz sonuçları, biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji bilgi testi puanlarının orta düzeyde olduğunu ortaya çıkarmıştır. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji başarı puanlarının, öğrenim görülen sınıf düzeyine göre anlamlı bir şekilde farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji bilgi testi puanlarının, öğretmen adaylarının cinsiyetlerine, mezun oldukları lise türlerine, ailelerinin eğitim durumlarına ve de ailelerinin gelir durumlarına göre anlamlı bir şekilde farklılaşmadığı belirlenmiştir. Ayrıca bu çalışma sonucunda, biyoloji öğretmen adaylarının biyoloji eğitimi veren üniversitelerin biyoloji eğitimi müfredatına nanobiyoteknoloji adı altında yeni bir ders eklenmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Biyoteknoloji, Nanoteknoloji, Nanobiyoteknoloji, Biyoloji Eğitimi, Biyoloji Öğretmen Adayları.
ABSTRACT
BALEMEN, Nuri
Master Programme, Biology Education Thesis Adviser: Prof. Dr. Orhan ARSLAN
February– 2009
The purpose of this study was to measure preservice biology teachers’ level of knowledge on topics of nanobiotechology. Investigation was made to reveal whether or not the scores of preservice biology teachers’ in nanobiotechnology knowledge tests vary according to the gender, the year of their study, the type of high school they graduated from and educational and economical background of parents. Also in this study, it was attempted to investigate the views of preservice biology teachers on nanobiotechnology education.
Results of the analysis have revealed that the scores of preservice biology teachers in the nanobiotechnology knowledge test was at intermediate level. It was seen that the scores of preservice biology teachers in the nanobiotechnology knowledge test differentiate significantly with regard to their year of study. It was detected that the scores of preservice biology teachers in the nanobiotechnology knowledge test do not differentiate significantly with regard to gender, the type of high school they graduated from and educational and economical background of parents. Also, as result of this study it was concluded that the inclusion of a new course with the name “Nanobiotechnology” in the curriculum of biology education programs of universities is required.
Key Words: Biotechnology, Nanotechnology, Nanobiotechnology, Biology Education, Preservice Biology Teachers
TEŞEKKÜR
Tez çalışmam süresince ilgisi ve desteği ile her zaman yanımda olarak bana yol gösteren, Prof. Dr. Orhan ARSLAN’a,
Araştırmanın yapılmasında ki katkılarından ve gösterdikleri ilgiden dolayı Arş. Gör. Nilay Keskin SAMANCI’ya,
Araştırmanın uygulamalarında yer alan öğretmen adaylarına,
İÇİNDEKİLER
Sayfa No:
JÜRİ ÜYELERİNİN İMZA SAYFASI……….………….i
ÖZET……….……….ii ABSTRACT………...iv TEŞEKKÜR………...vi İÇİNDEKİLER………..vii TABLOLARIN LİSTESİ ………..…....x ŞEKİLLERİN LİSTESİ………...xii SİMGELER VE AÇIKLAMALARI……….xiv BÖLÜM I 1. GİRİŞ 1.1. Problem Durumu………1 1.1.1. Problem Cümlesi………...3 1.1.2. Alt Problemler………..3 1.1.3. Hipotezler………...4 1.2. Araştırmanın Amacı………...4 1.3. Araştırmanın Önemi…...……….………...5 1.4. Araştırmanın Varsayımları……….5 1.5. Araştırmanın Sınırlılıkları………..6 1.6. Tanımlar...……….…….6 BÖLÜM II 2. KAVRAMSAL ÇERÇEVE VE İLGİLİ ARAŞTIRMALAR 2.1. Biyoteknoloji ve Rekombinant DNA Tekniği (rDNA)…….……….8
2.1.2. Biyoteknolojinin Doğuşu……….…………...10
2.1.3. Biyoteknolojinin Önemi………...……...11
2.1.4. Biyoteknolojinin Türkiye’deki Durumu…………..………..…..12
2.1.5. Biyoteknolojiden Beklenenler…………..……...…….……..13
2.2. Nanoteknoloji………...………...14
2.2.1. Nanometre Nedir?……...………....…...14
2.2.2. Nanoteknolojinin Doğuşu……….…...15
2.2.3. Nanoteknoloji Geliştirmede Kullanılan Araçlar………...…...17
2.2.4. Nanoteknolojinin Önemi……….…....20
2.2.5. Nanoteknolojinin Muhtemel Riskleri……….…...22
2.2.6. Nanoteknolojinin Dünyadaki Durumu………....24
2.2.7. Nanoteknolojinin Türkiye’deki Durumu………...…....29
2.3. Nanobiyoteknoloji………...…………..…30
2.3.1. Nanobiyoteknolojinin Önemi……….……..……31
2.3.2. Nanoteknolojiden İnsamlığa Katması Beklenen Faydalar….….32 2.3.3. Nanobiyoteknolojinin Gelişmesiyle Ortaya Çıkan Yeni Alanlar……….…36 2.3.3.1. Biyomalzeme Bilimi ……….………..……...36 2.3.3.1.1. Biyosensörler……….…..37 2.3.3.1.2. Biyoçipler………..………..…39 2.3.3.1.3. Hücre Kapsülleri………..…42 2.3.3.2. Nanotıp………..…44 2.3.3.2.1. Nanorobotlar………...45
2.3.3.2.2. Nanokürelerle İlaç Salınımı……...……….…….…47
2.3.3.2.3. Doku Yenilenmesi………...49
2.3.3.2.4. Yeni Organ Gelişimi………..………...49
2.3.3.3. Doku Mühendisliği………...50
2.3.3.3.1. Doku İskelesi………..….51
2.3.3.3.2. Makro/Mikro Fabrikasyon Tekniği...………..…52
2.3.3.3.3. Hızlı Prototipleme Tekniği………...……….…..52
2.3.3.3.4. Nano Fabrikasyon Tekniği……...……….…..52
2.3.4. Türkiye’de Nanobiyoteknolojinin Durumu ……...53
2.3.5. Nanobiyoteknolojide İlerlemek İçin Yapılması Gerekenler...54
2.4. İlgili Araştırmalar………..…...…56
BÖLÜM III 3. YÖNTEM 3.1. Araştırmanın Modeli………..….…..59
3.2. Çalışma Grubu………..…59
3.3. Bağımlı ve Bağımsız Değişkenler………...60
3.3.2. Bağımlı Değişkenler………...….60
3.4. Veri Toplama Teknikleri………...…60
3.4.1. Nanobiyoteknoloji Bilgi Seviye Testi………...60
3.4.2. Kişisel Bilgi Durum Anketi ………...61
3.4.3. Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem Ve Seviyeleri Araştırma Anketi ………..…...61
3.5. Verilerin Analizi………...61
BÖLÜM IV 4. BULGULAR ve YORUMLAR 4.1. Alt Problemlere Ait Bulgular………63
4.1.1. Alt Problem (1)……….…………..63 4.1.2. Alt Problem (2)………..……….64 4.1.3. Alt Problem (3)………..……….66 4.1.4. Alt Problem (4)………...67 4.1.5. Alt Problem (5)………...…68 4.1.6. Alt Problem (6)………...70 4.1.7. Alt Problem (7)………...71 4.2. Tartışma ...………76 BÖLÜM V 5. SONUÇ VE ÖNERİLER 5.1. Sonuçlar………..………..…….79 5.2. Öneriler……..………..…..81 KAYNAKLAR……….………..….82 EKLER………..…..88
EK-1 Nanobiyoteknoloji Bilgi Seviye Testi………..…………....88
EK-2 Kişisel Bilgi Durum Anketi………..……… ….…...…...92
EK-3 Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi……….…....….…93
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo Sayfa No:
Tablo 2.1. Amerika’da Nanoteknoloji Mükemmeliyet Merkezleri…...…28 Tablo 4.1. Öğretmen Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Bilgi
Testi Puan Ortalaması ve sd Değeri……….…...…64 Tablo 4.2. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Bilgi
Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Öğrenim Gördükleri Sınıf Düzeylerine Göre Farklılık Gösterip Göstermediğini İnceleyen Tek Faktörlü
Varyans Analizi Sonuçları………...…65 Tablo 4.3. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji
Bilgi Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Cinsiyetlerine Göre Farklılık Gösterip
Göstermediğini İnceleyen T-testi Sonuçları………...…66 Tablo 4.4. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Bilgi
Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Mezun Oldukları Lise Türlerine Göre Farklıklık Gösterip Göstermediğini İnceleyen Tek Faktörlü
Varyans Analizi Sonuçları………...…67 Tablo 4.5. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Bilgi
Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Annelerinin Eğitim Durumuna Göre Farklıklık Gösterip
Göstermediğini İnceleyen Tek Faktörlü
Varyans Analizi Sonuçları………...…68 Tablo 4.6. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Bilgi
Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Babalarının Eğitim Durumuna Göre Farklıklık Gösterip
Göstermediğini İnceleyen Tek Faktörlü
Varyans Analizi Sonuçları………69 Tablo 4.7. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji
Bilgi Seviye Testi Puanlarının, Öğretmen Adaylarının Ailelerinin Gelir Durumlarına Göre Farklıklık Gösterip Göstermediğini İnceleyen Tek Faktörlü
Tablo 4.8. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi’nin
Birinci Sorusuna Verdikleri Yanıtların
Frekans ve Yüzde Dağılımları………...…71 Tablo 4.9. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Öğretim
Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi’nin İkinci Sorusuna Verdikleri Yanıtların
Frekans ve Yüzde Dağılımları………...….….72 .
Tablo 4.10. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi’nin Üçüncü
Sorusuna Verdikleri Yanıtların Frekans ve
Yüzde Dağılımları………...……72 Tablo 4.11. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Öğretim
Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi’nin Dördüncü Sorusuna Verdikleri Yanıtların Frekans ve
Yüzde Dağılımları………...……73 Tablo 4.12. Biyoloji Öğretmen Adaylarının Nanobiyoteknoloji Öğretim
Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi’nin Beşinci Sorusuna Verdikleri Yanıtların Frekans ve
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil Sayfa No:
Şekil 2.1. Nanometrenin Boyutunu Anlatan Örnekler………15
Şekil 2.2. Atomların Üç Boyutlu Resimlerini Çeken
Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM)………...…18 Şekil 2.3. Ucunda Tek Atom Olan İğneyle Yüzey Atomları Arasındaki
Kuvveti Ölçebilecek Kadar Duyarlı Bir Cihaz Olan
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)………...…19 Şekil 2.4. Atomik Kuvvet Mikroskobunun Kısımları………...….20 Şekil 2.5. Nanoteknoloji ile Üretilen Ürünlerden Bazıları………...…22
Şekil 2.6. Nanoteknolojinin Risklerinin ve Yararlarının Bazı
Teknolojiler ile Kıyaslanması………...23 Şekil 2.7. 1999 ile 2004 Yılları Arasında Çeşitli Ülkelerde Yayınlanan
Nanoteknoloji ile İlgili Makale Sayısı………...25 Şekil 2.8. 1995 ile 2003 Yılları Arasında Amerika, Asya ve Avrupa
Kıtasında Nanoteknoloji ile İlgili Yapılan Patent
Başvuru Sayıları………...…26 Şekil 2.9. Nanoteknolojiye Yapılan Kamu ve Özel
Yatırımların Miktarı………...………26 Şekil 2.10. Çift Tabakalı Yağ Tabakasının Altına Yerleştirilmiş ve
Şekil 2.11. PEG (Polietilen Glikol) ile Sarılmış Karbon Nanotüp’ün
Kanserli Dokuya Gönderilmesi………34
Şekil 2.12. Nanotüpün Kanserli Dokuya Gönderilmesiyle Dokuda 0.5, 6 ve 12 Saatte Kanser Kütlesinde Meydana Gelen Değişme……….…….35
Şekil 2.13. Bir Biyosensör’ün Şeması………...38
Şekil 2.14. Kohlea İmplantı Şeması………...…40
Şekil 2.15. Çok Kolay Biçimde İnsan Kan Grubunu Belirleyebilen Bir Biyoçip………...…42
Şekil 2.16. Omuriliğe Yerleştirilmiş Bir Kapsül……….…...44
Şekil 2.17. Bir Nanorobot’un Kısımları……….………46
Şekil 2.18. Kanda Yüzen Bir Nanorobot……….…..…46
Şekil 2.19. Nanoküre ve Nanokapsül……….……....48
Şekil 2.20. İlaç Salınımı Şeması………....48
Şekil 2.21. Üç Boyutlu Kollejen Doku İskelesi……….51
Şekil 2.22. Gözenekli Hidroksiapatit Doku İskelesi………..…51
Şekil 2.23. İnsanda Baş ve Boyun Ağrısına Neden Olan Bir Kanser Türünün Farelerde % 90 Başarı ile Ortadan Kaldırılması……….54
SİMGELER VE AÇIKLAMALARI Simge Açıklama Χ : Aritmetik Ortalama S : Standart Sapma t : t Değeri p : Olasılık Değeri sd : Serbestlik Derecesi F : F Değeri N : Öğrenci Sayısı
1. GİRİŞ
Bu bölümde, araştırmanın problem durumu, araştırmanın amacı, alt problemler, hipotezler, araştırmanın önemi, varsayımlar, sınırlılıklar ve tanımlar sunulmuştur.
1.1. Problem Durumu
Bir toplumun gerek ekonomik yönden gerekse kültürel yönden gelişmesini ve o toplumun refah seviyesinin yükselmesini sağlayan en önemli faktör, eğitimdir. Eğitim terimi bütün öğrenimleri içine alan ve insanın hayatı boyunca devam eden öğrenme faaliyetini ifade etmektir. Bilindiği gibi eğitimin temel amacı, bireyleri toplumla uyumlu hale getirmek ve toplumun ihtiyaç duyduğu niteliklerde insan gücü yetiştirmektir. Değişen dünya ile birlikte toplumun gereksinim duyduğu insan tipi de doğal olarak değişmektedir. Sanayi toplumlarında “fabrikasyon” olarak nitelenebilecek kitlesel eğitimlerle insan gücü yetiştirilmesi hedeflenirken bilgi toplumlarında bireysel farklılıkları dikkate alan bir yaklaşımla, yaratıcı ve hızlı düşünebilen, katlanarak artan bilgiye ulaşma yollarını öğrenmiş bireyler yetiştirilmeye çalışılmaktadır (Umay, 2002).
Eğitimin amaçlarını gerçekleştirmek ve eğitimde verimi elde etmek, ancak sistemin bütün parçalarının uygun şekilde işletilmesi ile mümkün olabilmektedir. Çağdaş eğitim anlayışında; öğretmen, öğrenci, yönetici, müfettiş, okul, çevre ve aile bir biri ile sıkı sıkıya etkileşim içinde olan, bir bütünün parçalarıdır. Bu parçalardan
oluşan eğitim sisteminin verimli ve istenilen hedefler doğrultusunda çalışmasında kilit konumunda öğretmen vardır. Öğretmenler, öğrencilerin davranışlarını değiştiren ve geliştiren kişiler olarak, eğitim sisteminin vazgeçilmez unsurlarıdır. Bir eğitim sisteminin başarısı, o sistemi hayata geçirip, uygulayacak olan öğretmenin başarısından ayrı tutulamamaktadır (Gerçek, Yılmaz, Köseoğlu ve Soran, 2006).
İstenen niteliklerde insan yetiştirecek olan öğretmenlerin nasıl yetiştirileceği ise ilk günden bu yana tartışılmakta ve değişen anlayışlara uygun olarak öğretmen yetiştirme politikalarında değişiklikler yapılmaktadır. Cumhuriyet döneminde Türkiye’de öğretmen yetiştirme çalışmalarını üstlenen en önemli kurumların başında “Köy Enstitüleri” gelmektedir. Köy enstitüleri, genç Türkiye Cumhuriyeti’nin hilafetle yönetilen Osmanlı Devletinin yıkıntıları arasından ayağa kalkması ve yerleşmesinde çok önemli bir görev yapmıştır. Savaş sonrasında başlatılan eğitim seferberliği ile okuma yazması bile olmayan geniş halk kitlesine büyük ölçüde ulaşılabilmiş ve çağdaş uygarlık düzeyini yakalayabilmek için dini ve kültürel gericiliğe, tutuculuğa karşı yeni bir savaş verilmiştir. Bu savaşın askerleri ise öğretmenler olmuştur. Köy enstitüleri, köy çocuklarını her ortamda çalışabilen, kendi malzemesini, araç gerecini üreten, hatta okulunu kendi yapan öğretmenler olarak yetiştirmeyi hedeflemiştir. 1982’den itibaren ise öğretmen yetiştirme işi Üniversitelere bırakılmış, var olan öğretmen yetiştiren kurumlar üniversitelere bağlanmıştır (Umay, 2002).
Türkiye’de üniversitelerin öğretmen yetiştirme işini gerektirdiği ölçüde ciddiye aldığı ve bu konuda üzerine düşen sorumluluğu kısa sürede ve hakkıyla yerine getirdiği iddia edilememektedir. Biraz da küreselleşen ve sınırları şeffaflaşan dünyanın etkisiyle, üniversitelere bağlandıktan ancak on beş yıl sonra, öğretmen yetiştirme konusunda köklü bir değişiklik uygulamaya konulabilmiştir. Bu değişiklik 1994-97 yıllarında YÖK-Dünya Bankası projesi olarak geliştirilen, YÖK-Milli Eğitim Bakanlığı işbirliği ile ortaya konulan ve Türkiye çapında uygulanan “Öğretmen Yetiştirme” programıdır. Bu programa göre, merkezi olarak her düzey ve alan için ayrı ayrı öğretmenlik lisans programları hazırlanmış ve fakültelerin
kapasiteleri ve Türkiye’nin gereksinimleri göz önüne alınarak tüm eğitim fakülteleri yeniden yapılandırılmıştır (Umay, 2002).
Bugünkü eğitim sistemimizle öğretmenin görev ve sorumluluklarını, başarısını, kalitesini tanımlamak hem çok boyutlu hem de çok karmaşık bir işlemdir. Bundan dolayı yetişecek fonksiyonel, gerçekçi ve başarılı bir öğretmenin niteliklerini kesin olarak belirlemek çok zordur. Bugünün ve yarının gereksinimlerine cevap vermesi gereken 21. Yüzyılın öğretmeni, öğrencilere, yalnızca ders veren ve onları değerlendiren bir kişi olmamalıdır. Günümüzün öğretmeni, öğretme-öğrenme süreçlerini örgütleyebilen, iyi bir yönetici, iyi bir gözlemci ve nitelikli bir rehber olmalıdır (Gökçe, 2000; Akt. Küçükyılmaz ve Duban, 2006).
İyi bir öğretmenle ilgili değerlendirmelere bakıldığında iyi bir öğretmenin “kendisini mesleki ve kişisel açılarından sürekli olarak geliştiren, kendisini geliştirmeyle ilgili fırsatları ve olanakları araştıran ve değerlendiren öğretmen” olması gerekmektedir (Seferoğlu, 2004).
Günümüzde ise öğretmenlerin ve öğretmen adaylarının (özellikle biyoloji öğretmen ve öğretmen adaylarının) kendilerini geliştirmeleri gereken en önemli konulardan bir tanesi de ‘Nanoteknoloji’’dir. Nanoteknoloji birçok bilim insanına göre ilerideki yıllara damgasını vuracak ve bu gelişmelere hazırlık açısından zayıf ve güçlü ülkeler arasındaki fark artacaktır. Nanoteknoloji ile gelişmiş ülkelerle gelişmemiş ülkeler arasındaki ara kapanamayacak kadar ve katlanarak artacak, nanoteknolojiye sahip olan ülkelerin refah seviyeleri, sağlık durumları ve ekonomileri daha güçlü bir konuma gelecektir.
Üretim maliyeti 10 YTL’yi geçmeyen ve kalp damarlarına takılan bir kalp stenti için 10.000 YTL ödeyen çiftçi, ancak 7 ton kiraz ihraç ederek bu parayı dekleştirebilmektedir (Bayındır, 2007). Bu bağlamda zamanında endüstriyel ve mikroelektronik devrimlerini yakalayamayan Türkiye için, nanoteknoloji yakalanabilinecek en son fırsat olmaktadır. Bu fırsatın yakalanabilmesi ancak, ulusal boyutta uzman kadronun güçlendirilmesi, eğitim ve nesilden nesile aktarılacak teknoloji birikiminin önünün açılması ile mümkün olacaktır. Bu yolların açılması ile
Türkiye, kritik olan bu uygarlık ve refah düzeyine çok daha aktif olarak katkı sağlayabilecektir (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
İşte bu yüzden ülkenin refah seviyesini ve ulusal güvenliğini daha güçlü bir konuma getirebilmek için bir an önce toplumu ve topluma yön veren öğretmenleri bu konudan haberdar etmeli, onları bu konuya yönlendirmeli ve onların bu konuyla ilgili bilgi seviyeleri yükseltilmelidir. Çünkü unutulmamalıdır ki bu konuda oluşacak uzman kadroyu oluşturan bireyler, yine öğretmenlerin yetiştirdiği öğrenciler içerisinden çıkacaktır.
Bu konuda biyoloji öğretmenlerine ve öğretmen adaylarına düşen görev ise, nanoteknolojinin biyoteknoloji ile ortak çalışması sonucu ortaya çıkmış bir çalışma alanı olan ‘Nanobiyoteknoloji’ hakkında kendilerini geliştirmeleri ve toplumu bilgilendirmeleridir.
1.1.1. Problem Cümlesi
Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konularındaki bilgi seviyeleri ne düzeydedir?
1.1.2. Alt Problemler
Genel amacı gerçekleştirmek için aşağıdaki araştırma sorularına cevap aranmaktadır:
1. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konularındaki başarıları ne düzeydedir?
2. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında sahip oldukları bilgi seviyeleri, öğretmen adaylarının öğrenim gördükleri sınıf düzeylerine göre anlamlı bir farklılık göstermekte midir?
3. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında sahip oldukları bilgi seviyeleri, öğretmen adaylarının cinsiyetlerine göre anlamlı bir farklılık göstermekte midir?
4. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında sahip oldukları bilgi seviyeleri, öğretmen adaylarının mezun oldukları lise türlerine göre anlamlı bir farklılık göstermekte midir?
5. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında sahip oldukları bilgi seviyeleri, öğretmen adaylarının ailelerinin eğitim durumlarına göre anlamlı bir farklılık göstermekte midir?
6. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında sahip oldukları bilgi seviyeleri, öğretmen adaylarının ailelerinin gelir durumlarına göre anlamlı bir farklılık göstermekte midir?
7. Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji eğitimi ile ilgili düşünceleri nelerdir?
1.1.3. Hipotezler
1. Biyoloji öğretmen adaylarının öğrenim gördükleri sınıf düzeyleri ile nanobiyoteknoloji konuları hakkındaki bilgi seviyeleri arasında anlamlı bir farklılık yoktur.
2. Kız ve erkek biyoloji öğretmen adaylarının, nanobiyoteknoloji konuları hakkındaki bilgi seviyeleri arasında anlamlı bir farklılık yoktur.
3. Biyoloji öğretmen adaylarının mezun oldukları lise türleri ile nanobiyoteknoloji konuları hakkındaki bilgi seviyeleri arasında anlamlı bir farklılık yoktur.
4. Biyoloji öğretmen adaylarının ailelerinin eğitim durumları ile öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkındaki bilgi seviyeleri arasında anlamlı bir farklılık yoktur.
5. Biyoloji öğretmen adaylarının ailelerinin gelir durumları ile öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkındaki bilgi seviyeleri arasında anlamlı bir farklılık yoktur.
1.2. Araştırmanın Amacı
Bu araştırmanın amacı, biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konularındaki bilgi seviyelerinin ne düzeyde olduğunu belirlemek ve nanobiyoteknoloji öğretimi ile ilgili görüşlerini ortaya çıkarmaktır.
1.3. Araştırmanın Önemi
Bilim insanları ilerideki 20 yılı nanoteknoloji ve nanobiyoteknoloji yılı olarak gördüklerinden, biyoloji öğretmen adaylarının bu gelişmelerden haberdar edilmesi ve öğretmen adaylarının ilgi odaklarının bu konuya çekilmesi, bu araştırmanın önemini oluşturmaktadır.
Nanobiyoteknolojinin, ortaöğretime girmesi durumunda Biyoloji dersi içerisinde yer alacağından, biyoloji öğretmen adaylarının bu konu ile ilgili bilgi seviyelerinin belirlenmesi ve varsa eksikliklerin ilgili yerlere bildirilmesi oldukça önemlidir. Ayrıca nanobiyoteknolojinin öğretmen yetiştiren kurumlarda hangi seviyede ve de hangi öğretim yöntemi ile öğretilmesi gerektiğinin belirlenmesi bu araştırmanın diğer bir amacını oluşturmaktadır.
Araştırmanın bir başka önemi ise, biyoloji öğretmen adaylarının bu konu ile ilgili meraklarını uyandırarak, onların nanobiyoteknoloji hakkındaki bilgi seviyelerinin yükselmesini ve bu konuda sahip oldukları önemli bilgilerin yeni nesil öğrencilere aktarılmasını sağlamaktır.
1.4. Araştırmanın Varsayımları
1- Araştırmada örneklem olarak seçilen öğretmen adayları evreni temsil edebilecek niteliktedir.
2- Araştırmanın kavramsal çerçevesini oluşturmak için taranan kaynaklar güvenilir ve yeterli bilgi vermektedir.
3- Öğretmen adaylarının bilgi seviyelerini tespit etmek amacıyla hazırlanan ölçme aracı temel nanobiyoteknoloji konularını kapsar niteliktedir.
4- Araştırmaya katılan öğretmen adayları, ölçme araçlarındaki soruları samimi ve objektif olarak cevaplandırmışlardır.
5- Araştırmaya katılan öğretmen adayları ölçme araçlarındaki soruları birbirlerinden etkilenmeden cevaplandırmışlardır.
6- Araştırmada veri toplama aracı olarak kullanılan “Nanobiyoteknoloji Bilgi Seviye Testinden, Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketinden ve Kişisel Bilgi Durum Anketinden” elde edilen verilerin geçerlik ve güvenirlik derecesi yüksektir..
1.5. Araştırmanın Sınırlılıkları
Bu araştırma:
- 2008-2009 öğretim yılı ile sınırlandırılmıştır.
- Gazi Üniversitesi Gazi Eğitim Fakültesi Biyoloji Eğitimi Anabilim Dalı birinci, ikinci, üçüncü, dördüncü ve beşinci sınıflarında öğrenim gören 154 öğretmen adayı ile sınırlandırılmıştır.
- Veri toplama araçları: kişisel bilgi durum anketi, nanobiyoteknoloji öğretim yöntem ve seviyeleri araştırma anketi ve de nanobiyoteknoloji bilgi seviye testi ile sınırlandırılmıştır.
1.6. Tanımlar / Terimler
Nano: Bir fiziksel büyüklüğün bir milyarda biri anlamına gelmektedir.
Biyoteknoloji: Birçok bilim ve teknoloji ile birlikte Rekombinant DNA Teknolojisi’ni kullanarak, bitki hayvan ve mikroorganizmaları geliştirmek, doğal
olarak var olmayan ya da ihtiyacımız kadar üretilemeyen yeni ve az bulunun ürünleri elde etmek amacıyla kullanılan teknolojilerin tümüdür.
Nanoteknoloji: Maddenin atom seviyesinde bilinçli olarak işlenmesiyle, daha gelişmiş ve tepeden tırnağa değişmiş materyaller, araçlar ve sistemler elde etme sanatı ve bilimidir.
Nanobiyoteknoloji: Nanoteknoloji ile biyoteknolojinin birlikte gelişmesi ve moleküler biyoloji alanındaki çok hızlı bilgi birikiminin bu iki gelişen alanı beslemesiyle ortaya çıkan çalışma alanına nanobiyoteknoloji adı verilmektedir.
Nanobiyoteknoloji Bilgi Seviye Testi: Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji konuları hakkında bilgi seviyelerinin ölçülmesini sağlayan testtir.
Kişisel Bilgi Durum Anketi: Biyoloji öğretmen adaylarının kendileri ve aileleri hakkında bilgi toplayan ankettir.
Nanobiyoteknoloji Öğretim Yöntem ve Seviyeleri Araştırma Anketi: Biyoloji öğretmen adaylarının nanobiyoteknoloji eğitimi hakkındaki görüşlerini alan ankettir.
2. KAVRAMSAL ÇERÇEVE VE İLGİLİ ARAŞTIRMALAR
Bu bölümde, biyoteknoloji, nanoteknoloji ve nanobiyoteknoloji ile ilgili kuramsal bilgiler yer almaktadır.
2.1. Biyoteknoloji ve Rekombinant DNA Tekniği (rDNA)
Son yıllarda insan yaşamını etkilemeye başlayan ve her alanda etkisini gelecek yıllarda daha belirgin gösterecek olan ‘biyoteknoloji’, sözcük olarak ‘uygulamalı yaşam bilimleri’ anlamına gelmektedir. Tüm canlılarda atasal özellikler yeni kuşak bireylere geçerler. Canlılardaki bütün bu kalıtsal özellikleri kontrol eden kimyasal maddeye DNA (Deoksiribonükleik Asit) adı verilmektedir. Bütün canlılarda bu molekül aynı temel elementlerden yapılmış olup, bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmalarda aynıdır. DNA molekülünün özgül bir proteinin yapımından sorumlu olan her parçasına ise ‘gen’ adı verilir. DNA molekülü bir teyp bandına benzetilirse, bant üzerine kaydedilen her konuşmadaki her cümle nasıl bir yeni bilgi taşıyorsa, DNA molekülü de kayıt bandındaki cümleler gibi özgün bölgelere ayrılmış olup, bu bölgeler genleri oluşturmuşlardır (Dönmez ve Özçelik, 1988).
DNA’nın yapısı iyice aydınlatılıp, hücrelerdeki işlevleri moleküler düzeyde anlaşıldıktan sonra canlı hücreden izole edilerek içerdiği bilgiler açıklanmış ve istenilen bilgiyi taşıyan genler bir canlıdan diğerine aktarılmaya başlanmıştır. İşte canlı sistemdeki bu genetik materyallerin aynı veya ayrı cinsler arasında aktarılarak gen kombinasyonlarının yaratılmasına ‘Rekombinant DNA’ ya da ‘Yenibileşim DNA’ teknolojisi denilmekte ve ‘rDNA’ şeklinde gösterilmektedir. Bu teknoloji ile
doğada birlikte bulunmayan, biyolojik kökenleri değişik organizmalardan alınan DNA moleküllerinin birleştirilmesi sonucu, yeni karakterler taşıyan organizmalar elde edilebilmektedir. Bir geni kendi hücresinden ve DNA’sından ayırıp yabancı bir organizmanın (genellikle bir bakteri hücresinin) içine yerleştirilerek çoğalmasının sağlanmasına ‘Gen Klonlanması’ denilmektedir. Bu işlemle bir parça genetik bilgi, örneğin insan geni, normal koşullarda hiçbir zaman bulunamayacağı bir hücreye aktarılabilmekte ve bu yolla yeni bir gen karışımı ya da yeni bir organizma oluşturulabilmektedir. 1973 yılında başlayan ‘Rekombinant DNA’ teknolojisiyle, bugünlerde her tür genetik bilginin hemen her türlü canlıya aktarımı mümkün hale gelmiştir. Bu teknik sayesinde genlerin yapı ve işlevlerinin anlaşılması yanında insülin, interferon gibi maddeler mikroorganizmalar tarafından üretilmeye başlanmıştır (Dönmez ve Özçelik, 1988).
2.1.1. Genetik Düzenleme Teknikleri
Bu teknolojide birçok değişik yöntemlerden yararlanılmakta olup bunlardan bir tanesi ‘mutasyon’dur. Mutasyon, DNA (ya da RNA) molekülündeki nükleotid dizilimlerinde meydana gelen değişikliklerdir. Mutasyon sonucu DNA molekülünün herhangi bir bölümündeki değişiklik sentezlenen protein molekülünde değişiklik meydana getirebilmekte, bu da kalıtsal özellikleri kısmen ya da tamamen değiştirebilmektedir. Mutasyonlar doğal koşullarda olabildiği gibi fiziksel ya da kimyasal etkenlerle de olabilmektedir. Bu şekilde bir organizmanın genetik yapısını değiştirmek suretiyle daha etkin hale getirmek mümkündür.
İsteğe uygun organizma geliştirilmesinde uygulanan diğer bir yol ise ‘rekombinasyon’ dur. Aynı cinsler arasında olduğu kadar ayrı cinsler arasında da uygulanabilen bu işlemde, bir maddenin üretimini kontrol eden gen ya da DNA parçası başka bir organizmanın DNA molekülüne takılarak istenilen maddenin üretimi sağlanabilmektedir. Ayrı türler arasında rekombinasyon sağlayan diğer bir yöntem ise ‘Protoplast Füzyonu’ dur. Bu yöntemde benzer ya da ayrı türlerin hücrelerinden enzimlerle ayrılmasıyla elde edilen protoplastlar, etilen glokol vb.
maddeler içerisinde birleşmekte, bu yolla meydana gelen melez protoplast sonradan bölünmeye ve hücre duvarı yapmaya zorlanmaktadır. Bu yolla iki hücrenin genetiksel özelliklerinin ya da DNA moleküllerinin genellikle kontrolsüz bir karışımını içeren melez hücre meydana gelmektedir. Böylece yapılan rekombinasyon, hemen her beş hücreden birinde yeni karakter oluşturacak kadar yüksek olup, genel olarak her tür hücreyle gerçekleşebilmektedir (Dönmez ve Özçelik, 1988).
2.1.2. Biyoteknolojinin Doğuşu
İnsanların tarım ürünlerini, ağaçları, çiftlik hayvanlarını ve balıkları iyileştirmek amacıyla doğaya müdahale etmesi yeni değildir. Binlerce yıl boyunca insanlar bu canlıları üretip, çaprazlayıp daha verimli ya da belli koşullara daha dayanıklı çeşitleri elde etmek için bunu yapmışlardır. Bitki ıslahı en eski bilimlerden biridir ve tarımın ortaya çıkışı, uygarlığın doğuşu bu bilime bağlı olmuştur (Zülâl, 2003). Fakat biyoteknoloji terimi ilk kez 1 Temmuz 1970 yılında İngiltere’nin Leeds kentinde ‘Biyoteknoloji Bürosu’nun çıkardığı bültende kullanılmış ve o günden bu yana hızla yayılmıştır.
1973 yılında Stanford Üniversitesinden Cohen ve San Fransisko’da ki Kaliforniya Üniversitesinden Herbert Boyar, bir kurbağa hücresinden bir geni ayırarak, bunu mikrobiyal bir hücreye nakletmeyi başarmışlardır. Mikroorganizmanın, kurbağaya ait geni sanki kendisininkiymiş gibi işleme sokması ile halk arasında genetik mühendisliği diye adlandırılan ve adeta bir devrim yaratan rekombinant DNA (rDNA) tekniğinin geliştirilmesi, biyoteknolojinin doğmasına neden olmuştur. Buna göre, hangi tür, genus, familya ya da âleme ait olduğuna bakılmaksızın, herhangi bir hücreden gelen herhangi bir geni, bir diğer organizmanın genlerinin arasına yerleştirebilmek mümkün hale gelmiştir (Sukan, 1989).
Genetik özellikleri değiştirilmiş canlıların tarımda kullanımıyla ilgili ilk deneme 1986 yılında Kaliforniya’da yapılmıştır. Bu, genetik özellikleri değiştirilmiş
bir bakteri çeşidi içeren bir spreydi. ‘Frostban’ adlı bu sprey, çilek bitkilerini dondan korumak amacıyla geliştirilmişti. ABD’de gen aktarımının tarımda kullanılmasına karşı çıkışlar yaşansa da, ABD Gıda ve İlaç Yönetiminin (US Food and Drug Administration) gen aktarımlı ürünlerin zararlı olmadığını açıklaması, bu karşı tepkilerin azalmasına neden olmuştur. 1994 yılına gelindiğinde ise ilk gen aktarımlı ürün raflardaki yerini almıştır. Bu ürün; ‘Flavr Savr’ adında bir domates olmuştur. Dalından koparıldıktan sonra uzun süre tazeliğini koruyan bu domates, tüketiciler açısından bir yenilik olmuş ve Amerikalı vatandaşların gen aktarımlı ürünlerin kabullenmesini sağlamıştır. Bugün birçok ülkenin gen aktarımlı ürünlerle ilgili kendi yasal düzenlemeleri bulunmaktadır ve 1990’ların ortasından beri birçok ülkede gen aktarımlı soya fasulyesi, mısır, pamuk ve pirinç gibi ürünler yetiştirilmektedir (Zülâl, 2003).
2.1.3. Biyoteknolojinin Önemi
Geçmişte olduğu gibi bugün de insan nüfusu artmaya devam etmektedir ve yapılan araştırmalara göre 2050 yılında, insan nüfusunun 9 milyara ulaşacağı tahmin edilmektedir. Dünyanın artan nüfusunun besin gereksinimlerini karşılarken bir yandan da gezegenimizdeki biyolojik çeşitliliği korumak güç bir hedeftir. Gelişmekte olan ülkelerde, nüfusun önemli bir bölümü düzenli ve yeterli besin kaynaklarından yoksun durumdadır. Bu ülkelerde, kuraklık, bitki zararlıları, hastalıklar ve tuzlaşma gibi tarımsal sorunların boyutları da çok büyük durumdadır.
Kuraklık gibi olumsuz çevre koşullarına dayanıklı hale getirilmiş, gen aktarımlı tarım ürünlerinin geliştirilmesiyle bu sorunların üstesinden gelinebilir. Belli tarım ürünlerinin besin değerleri, gen aktarımı teknolojisiyle artırılarak büyük yararlar sağlanabilir. Ancak, gen aktarımı teknolojisinin tarımda kullanımı, yalnızca yiyecek üretimiyle değil, çevresel sürdürülebilirlik, besinlerin güvenilirliği ve uluslararası ticaret konularıyla da yakından ilgilidir (Zülâl, 2003).
2.1.4. Biyoteknolojinin Türkiye’deki Durumu
Ülkemizde Biyoteknoloji, değişik kaynaklarda verilen tarihçelere göre neredeyse son 25 yıldır karşılaşılan bir kavram olmasına rağmen, özellikle Modern Biyoteknoloji’de istenilen seviyeye gelindiğini söylemek mümkün değildir. Türkiye’nin teknoloji ile ilgili birçok alanda olduğu gibi, biyoteknolojide de birçok ülkeden geri konumda olmasının en temel sebebi, ülkenin temel araştırmalardan, araştırma geliştirme faaliyetleri ve bunları destekleyecek teknolojiden ve yetişmiş insan gücünden yoksun olmasıdır. Yine birçok alanda olduğu gibi biyoteknoloji alanında da ulusal bir politika belirlenip, uygulamaya konulmamıştır (Çakar ve Özdemir, 2006). Araştırma sayısının ve niteliğinin artmasını engelleyen diğer bir neden de çalışmalarda kullanılan maddelerin çok maliyetli olmasıdır.
Son yıllarda, Türkiye’de patent başvuruları içerisinde biyoteknoloji konusunda olanların oranı hızla artarken bunlardan hemen hepsinin yabancı patent başvurusu olması mevcut durumda şaşırtıcı bulunmamaktadır. Tarım sektörü açısından bakılırsa, Tarımsal Araştırma Enstitülerindeki tarla denemeleri dışında transgenetik ürün üretiminin bulunmadığı belirtilebilir. Hayvancılık konusunda ise herhangi bir gelişme kaydedilmemiştir. Öte yandan, Türkiye’nin buğday, arpa, baklagiller ve şeker pancarı gibi ana besin kaynaklarını oluşturan bitkilerin dışında birçok meyve ve sebzenin de doğal gen kaynaklarının bulunduğu bir ülke olduğu göz önüne alındığında biyoteknolojik ürünlerin kullanımı ve çevreye salımı konusuna daha duyarlı yaklaşılması gereği ortaya çıkmaktadır. Halen söz konusu ürünlerin Türkiye’ye ithaline izin verilmemektedir. Ayrıca, bitki gen kaynaklarının araştırılması ile ilgili projeler uygulanmakta olup bunların sonuçlandırılmasının zaman alacağı tahmin edilmektedir (Kıymaz ve Tarakçıoğlu, 2002).
2.1.5. Biyoteknolojiden Beklenenler
Günümüzde biyoteknolojinin ilerlemesiyle sağlık, tarım, endüstri gibi pek çok alanda insanlığın yararına olan gelişmeler elde edilecektir. Rekombinant DNA
tekniği ile mikroorganizmalarda insülin üretimi bu gelişmenin ilk örneklerindendir. Biyoteknolojinin ilerlemesiyle insanlığa katması beklenen faydalardan bazıları şunlardır;
1- Bazı kalıtsal hastalıkların çocuklarda ilik nakli ile giderilmesi,
2- Kanserojen ve diğer virüslerle savaşta kullanılan, bir protein yapısındaki α-interferon’un elde edilmesi,
3- Kanser, kemoterapi, çocukluk hastalıkları ve yaşlanma ile ortaya çıkan bağışıklık sistemi bozukluklarının giderilmesinde kullanılan interleukin 2’nin elde edilmesi,
4- Kalp krizleri, kalp spazmları, organ nakli ve böbrek rahatsızlıkları sonucu oluşan doku zararlarını en aza indirecek süperoksit dismutaz’ın elde edilmesi, 5- Kanın pıhtılaşmasının sağlanmasında esas faktör olan Faktör VII’nin elde edilmesi,
6- Hiçbir yan etki göstermeden kan basıncını ayarlayan ‘Atrial Natriuretik Factor’ ve kırmızı kan hücrelerinin oluşumunu teşvik eden ve de önemli bir hormon olan Erythropoitein (EPO)’nin elde edilmesi (Dönmez ve Özçelik, 1988).
Biyoteknolojik uygulamalardan beklenilen yararlar sadece sağlık alanında değildir. Biyoteknolojik çalışmaların aynı zamanda tarıma da yayarı olacaktır. Genetik materyale müdahale edilmesiyle, kuraklık ve çevre kirliliğine dayanıklı, tat, görünüş ve besin değeri bakımından daha kaliteli, dolayısıyla daha az parasal girdi ile yetiştirilebilecek bitkilerin elde edilmesi mümkün hale gelecektir (Sukan, 1989).
2.2. Nanoteknoloji
Nanoteknoloji atomların, moleküllerin, makro moleküllerin, kuantum noktacıklarının ve makro moleküler toplulukların dünyasıdır. En basit olarak metrenin milyarda biri nanometre (nm) kadar küçük moleküler maddelerden oluşan teknolojik gelişmelere verilen isimdir (Tevfik, 2005).
Fizik, kimya, biyoloji gibi bazı klasik bilim dallarının nanoteknolojiyi sahiplenmek istemesinin sonucunda nanoteknoloji henüz sağlam bir kimlik oluşturamamıştır. Fakat Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde (Massachusetts Institute of Tecjnology = MIT) öğretim görevlisi olan Tom Knight yayınlamış olduğu bir makalede, nanoteknolojinin kesinlikle biyolojiye ait olduğunu savunmakta ve biyoloji derslerinden nanoteknolojiye uygulanması gereken birçok bilginin var olduğunu söylemektedir (Jones, 2006).
2.2.1. Nanometre Nedir?
Nano terimi Yunancada bodur anlamına gelen nanos kelimesinden türetilmiştir ve bir fiziksel büyüklüğün bir milyarda biri anlamına gelmektedir. Dolayısıyla, bir nanometre (nm) ise metrenin bir milyarda biri demektir (Tevfik, 2005). Aşağıda verilen şekil, nanometreyi zihnimizde canlandırmaya yardımcı olacaktır.
Şekil 2.1.
2.2.2. Nanoteknolojinin Doğuşu
20. yüzyılda fen bilimlerinde ve mühendisliklerde meydana gelen buluşların veya keşiflerin kimler tarafından gerçekleştirildiği apaçık ortadadır. Fakat 21. yüzyılda birçok disiplinin ortak çalışması sonucu ortaya çıkan teknolojilerde kimin neyi bulduğunu veya kimin neyi keşfettiğini söylemek oldukça güçtür. Bu teknolojilerden bir tanesi de Nanoteknoloji’dir (Sandhu, 2006).
Nanoteknoloji terimi ilk kez Tokyo Since Üniversitesinden merhum profesör Norio Taniguchi tarafından ‘On The Basic Concept of ‘Nanotechnology’’ (Nanoteknolojinin Esas Fikri) adlı bir makalede 1974 yılında kullanılmıştır (Sandhu, 2006). Fakat her şey aslında 1959 yılında Nobel ödüllü fizikçi Richard P. Feynman’ın Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünde verdiği ‘There is Plenty of Room At The Bottom’ (Temelde Pek Çok Oda Var) başlıklı konferansta başlamıştır. Feynman bu konferansta, insanlığın atomlara fizik şartları altında hâkim olmasına hiçbir engelin olmadığına dair görüş belirtmiştir. Bu görüş o günler için oldukça fantastik kabul edildi. Oysa bu, ne fizikten uzak bir söylemdi, ne de yeni bir buluştu. Bu zaten doğada var olan, hayatın yapıtaşlarının yeniden keşfi gibiydi. Feynman mikroskobuyla göremediği küçüklükteki yapı taşlarının peşindeydi. Kurguladığı bu teknoloji ile büyük nesneleri toplu iğne başı büyüklüğüne indirgeyebileceğine inanıyordu. Bu fikrinin gerçekleşmesi için o zaman ki tekniklerin yeterli olmayacağını, fakat elektron mikroskobundan daha iyi bir mikroskopla bunun mümkün olabileceğini söylüyordu. Dünyadaki trilyonlarca byte’lık bilginin toplu iğne büyüklüğündeki alana yazılabileceğini, bilgisayarların küçültülebileceğini, DNA şifrelerinin çözülebileceğini, enerji sorunlarının halledilebileceğini iddia etti. O zaman pek önemsenmeyen bu fikirler, ileride adına verilecek ödüllerle isminin tarihe yazdırılmasını sağlayacaktı. 1970’li yıllarda K. Eric Drexler adlı bir üniversite öğrencisi bu görüşlerin ne derece muhteşem ve gerçekleştirilebilir olduğunu fark etti. Çalışmalarını konferans ve seminerlerde anlattıktan sonra, 1986’da yayınladığı ‘Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology’ (Yaratımın Sürükleyicileri: Yaklaşan Nanoteknoloji Çağı) adlı kitabıyla fikir ve buluşlarını bilim
dünyasıyla paylaştı. Drexler; tıp, çevre bilimi, nükleer, mühendislik hatta teoloji alanlarında nanoteknolojinin çözüm olacağına inanıyordu (Tevfik, 2005).
Feynman’ın 1959’daki konferansta söyledikleri cümleler 30 yıl aradan sonra olsa bile doğru çıkmıştı. 9 Kasım 1989’da, yeni bir çağ başlatabilecek bir olay gerçekleşti. Bu olay, IBM’in Kaliforniya’daki Almaden Araştırma Merkezinde gerçekleşti. Don Eigler ve Erhard Schweizer adlı iki bilim insanı otuzbeş Xenon atomunu işleyerek IBM’in logosunu oluşturmuşlardır. Eigler ve Schweizer nihayet insanoğluyla, doğanın en temel binası olan atom arasındaki son bariyeri de kırmayı başarmışlardır (Uldrich and Newberry, 2005).
Günümüzde ise doğada bulunmayan yeni nanoyapıların atomsal düzeyde tasarlanarak sentezlenmesi devri başlamış durumdadır. İnsanlık, 60 yıl içerisinde metre, milimetre büyüklüğünde malzemeyi, kesici takımlarla işleyen ya da yüksek sıcaklıklarda kalıplara dökerek ya da döverek şekillendiren imalat teknolojisinden, atomsal düzeyde malzemeyi tasarlayıp yeni moleküller oluşturmaya yönelik bir imalat yöntemine geçmiştir ve nanoteknoloji ile tanışmıştır. Nanoteknoloji nano ölçeklerde malzeme tasarlayıp üretmeyi, bu malzemelerden yeni yöntemlerle aygıt, alet üretmeyi amaçlamaktadır (Çıracı, 2005).
2.2.3. Nanoteknoloji Geliştirmede Kullanılan Araçlar
İlk mikroskop, insan gözünün bin katı geliştirilmiş bir araçtı. Daha yeni mikroskoplar ise ilk mikroskoplardan bin kat daha güçlendirilmiş araçlardır. Güçlü icatlar insanoğluna ileri seviyede görebilme özelliği vermiştir. Nanoteknoloji geliştirmede kullanılan araçlar ise yine bir çeşit mikroskoplardır. Bu mikroskoplardan bir tanesi Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından İsviçre’de IBM laboratuvarlarında icat edilen Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM)’dur (Uldrich and Newberry, 2005).
Bu mikroskobun temel görevi bir yüzeyde bulunan atomların tek tek 3 boyutlu resimlerini çekmektir. Bu olay mikroskobun ucunda bulunan çok sivri bir iğne (ucunda yalnıza bir atom bulunan) ile yüzey arasındaki etkileşime bağlı olarak gerçekleşir. İğnenin ucunda bulunan tek atom yüzeye yaklaştırılınca atomdan yüzeyde bulunan atomlara doğru elektronlar akmaya başlar. Elektron akma işlemine ‘tünelleme’ adı verilir ve mikroskobun ismi de buradan gelir. İğne, yüzeyde dolaştırıldıkça yüzey ile iğne arasındaki etkileşime bağlı olarak iğne aşağı yukarı hareket etmeye başlar. Bu hareketler bir bilgisayara aktarılarak atomların 2 ya da 3 boyutlu resimleri elde edilmiş olur (Oral, 2005).
Şekil 2.2.
Atomların Üç Boyutlu Resimlerini Çeken Taramalı Tünelleme Mikroskobu (TTM) (Bozkaya, 2006).
Dr. Eigler yüzeyde bulunan bir atomun TTM ucuyla başka bir yere nasıl taşınabileceğini, yüzeyle uç arasında atomun isteğe bağlı olarak hareket ettirilerek nasıl akım şiddetini ayarlayan atom-anahtarı yapılacağını göstermiştir. Böylece 20. yüzyılın son çeyreğinde, doğada bulunmayan yeni nano yapıların atomsal düzeyde tasarlanarak sentezlenmesi devri başlamıştır (Çıracı, 2005).
Taramalı Tünelleme Mikroskoplarının tek kusuru, yalnızca iletken ve yarı iletken yüzeylerde atomları görüntüleyebilmesiydi, yani yalıtkanlarda çalışmıyordu. Bu kısıtlamayı kaldıran değişikliği 1986 yılında yine IBM laboratuvarlarında çalışan
Gerd Binnig yapmıştır. Binnig ucunda tek atom olan iğneyle yüzey atomları arasındaki kuvveti ölçebilecek kadar duyarlı bir cihaz olan Atomik Kuvvet Mikroskobu’nu (AKM) geliştirmiştir (Oral, 2005).
Atomik Kuvvet Mikroskobu da yine TTM gibi yüzeyleri irdeleyerek, tek tek atomların topografik görüntülerini üretmektedir. Fakat aradaki fark AKM’de iğnenin nano ölçeklerde bir yayın üzerine bağlanmasıdır. Bir yaya bağlanan iğnenin ucundaki atom yüzeyde gezdirildiğinde atomlar arasında oluşan kuvvetler atomu iterek ve çekerek yayın hareket etmesini sağlıyor. Oluşan hareketler yine bir bilgisayara gönderilir ve atomların üç boyutlu resimleri elde edilir. Elde edilen bulgularla, bilim insanları, maddenin atomik ve moleküler düzeyde nasıl işlediğine ve etkileştiğine dair yeni bilgiler toplamaktadır. Bu, daha önceden doğal ortamda hiç bir araya getirilemeyen farklı moleküllerin artık birleştirilmeye başlanabileceği anlamına gelmektedir (Thomas, 2007).
Şekil 2.3.
Ucunda Tek Atom Olan İğneyle Yüzey Atomları Arasındaki Kuvveti Ölçebilecek Kadar Duyarlı Bir Cihaz Olan Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)
Şekil 2.4.
Atomik Kuvvet Mikroskobunun Kısımları
(www.farmfak.uu.se/farm/farmfyskm-web/instrumentation/images/afm.gif)
Nanoteknoloji geliştirmek için kullanılan bir diğer araç ise Fiziki Buhar Sentezi (PVS)’dir. PVS, maddeleri buharlaşmaya yol açacak bir sıcaklıkta ısıtma işlemidir. Daha sonrasında, parçacıklar farklı derece ve basınçlarda, çeşitli gazlarla soğutularak, nanoparçacıklar meydana getirilmektedir. PVS, şirketlere bugün pek çok üründe kullanılmakta olan eşsiz nanokristallerden ve nanoparçacıklardan yoğun miktarlarda elde etme fırsatı sunmaktadır ( Uldrich and Newberry, 2005).
2.2.4. Nanoteknolojinin Önemi
Öncelikli olarak bu güçlü bilim dalının ve parlak gelişiminin pek çoğumuz tarafından bilinmediği gerçeği ile yüzleşmek gerekmektedir. Küresel çapta yapılan araştırmaya göre insanlığın yüzde 29’u nanoteknolojinin ancak ismini duymuştur. Wisconsin-Madison Üniversitesinden öğretim üyesi Scheufele ile Cornell Üniversitesinden Profesör Bruce Lewenstein’in ortak yaptığı bir çalışma, insanların
nanoteknolojiye olan bakış açısını belirlemek olmuştur. Ortaya çıkan sonuç ise gerçekten de korku vericidir. Katılımcıların yüzde 25’i konuyu hiç duymamıştı. Konu anlatıldıktan sonra bile nanoteknoloji hakkında sadece yüzde 16’sının biraz bilgisi olduğu tespit edilmiştir (Tevfik, 2005).
Bir aygıtta kullanılan malzemenin boyutu küçüldükçe çalışma hızı artabilmekte ve malzemenin yeni özellikleri ortaya çıkabilmektedir. Boyutlar nanometre ölçeklerine yaklaşırken malzemenin fiziksel özellikleri kuantum mekaniğinin kontrolüne girebilmekte ve elektron durumlarının fazı ve enerji spektrumunun kesikli yapısı daha belirgin hale gelebilmektedir. Daha da önemlisi, malzemeyi oluşturan atom sayısı 100’ler düzeyine inince atomsal yapının geometrisi, hatta atom sayısının kendisi bile fiziksel özelliklerin belirlenmesinde etken olabilmektedir. Örneğin yarı iletken olarak bilinen ve çağımızın en önemli malzemelerinden birisi olan silisyumdan yapılan bir telin çapı nanometreye yaklaşırken tel iletken bir karakter sergilemektedir (Çıracı, 2005).
Şimdi maddeyi nanometre seviyesinde işleyerek ve ortaya çıkan değişik özellikleri kullanarak, yeni teknolojik nano ölçekte aygıtlar ve malzemeler yapmak mümkün olmuştur. Bütün bu gelişmeler, 19. yüzyılda dünyayı yeniden şekillendiren sanayi devrimine eşdeğer bir bilimsel ve teknolojik devrim başlatmıştır. Önümüzdeki yıllarda nanoteknoloji sayesinde süper bilgisayarlara mikroskop altında bakılabilecek, insan vücudunun içinde hastalıklı dokuyu bulup iyileştiren, ameliyat yapan nanorobotlar yapılabilecek, insan beyninin kapasitesi ek hafızalarla güçlendirilebilecek, kirliliği önleyen nano parçacıklar sayesinde fabrikalar çevreyi daha az kirletebilecektir. Ulusal güvenliği ilgilendiren konularda nanomalzeme bilimi, yeni savunma sistemlerinin geliştirilmesinde, haber alma ve gizlilik konularına yönelik çok küçük boyutlarda aygıtların yapılmasında kullanılacaktır. Birim ağırlık başına şu andakinden 50 kat daha hafif ve çok daha dayanıklı malzemeler üretilebilecek ve bunların sonucu olarak insanın günlük yaşamında kullandığı bazı ürünler değişebileceği gibi, uzay araştırmalarında ve havacılıkta yeni roket ve uçak tasarımlarının ortaya çıkması mümkün olacaktır (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
2.2.5. Nanoteknolojinin Muhtemel Riskleri
Nanoteknolojinin gelişmesiyle hayatımıza katılacak olan yararların dışında bir takım zararlarda mevcuttur. Daha da önemlisi bu zararların bazıları öngörülememektedir. Nanoteknolojinin zararları tam olarak kestirilememesine rağmen bugün 350’den fazla nanoteknolojik ürün marketlerde yerini almış durumdadır (Maynard, 2006).
Şekil 2.5.
Nanoteknoloji ile Üretilen Ürünlerden Bazıları (Maynard, 2006)
Nanomalzemeler içerisinde yer alan nano parçacıklar genel olarak üç ana nedenden dolayı tehlikelidirler. Bunlardan birincisi, dizel makinelerde, güç fabrikalarında ve ateşli makinelerde kullanılan ultra küçük parçacıklar insanların akciğerlerinde büyük hasarlara neden olabilirler. İkincisi, nano parçacıklar mikroskobik boyutlarda oldukları için, deriden vücuda, oradan ciğerlere ve sindirim sistemine kolayca ulaşabilirler. Bu da, hücrelere zarar veren serbest radikallerin üremesine neden olabilir. Üçüncüsü ise, insan vücudunun zehir içeren hiçbir maddeye bağışıklığı olmamasıdır. Nano parçacıklar altın benzeri tembel materyallerden üretilmektedirler. Yani insan vücuduna gönderilen
nanomateryallerden imal edilmiş nanodenizaltılar yüzeylerine yapışan pek çok hücreyi zehirleyebilirler.
Yine Duke Üniversitesinden Eva Oberdorster’in yapmış olduğu bir çalışma bu tehlikeleri kanıtlar niteliktedir. Oberdorster bir su tankını balıklarla doldurarak yapmış olduğu bir çalışmada, nano atomların balıkların beyninde hasarlara neden olduklarını tespit etmiştir. Normalde beyindeki kan bariyerini hiçbir parçacık aşamamaktadır. Fakat nanoparçacıklar sinir hücreleri ile beyne sızabilmektedir.
Nano parçacıkların bağışıklık sistemi üzerinde de büyük zararları olduğu biliniyor. Bu nedenle nanoteknolojik ilaç kullanımında aynı sorun söz konusudur. Uzmanlara göre sentetik nano materyallerin ilaç yolu ile vücuda alınımının vereceği fizyolojik zararların tam olarak tespiti imkânsızdır. Bu zararlar, insanlardaki farklı bağışıklık sistemine göre değişecektir. En kritik nokta ise zararların ne kadar büyük tehlikeler doğurabileceğine dair araştırmaların kısırlığıdır (Tevfik, 2005).
Şekil 2.6.
Nanoteknoloji’nin Risklerinin ve Yararlarının Bazı
Yine Amerika’da yapılan bir ankette nanoteknolojinin risklerinin ve yararlarının diğer teknolojiler ile mukayese edilmesi istenmiştir. Yapılan araştırmada kamuoyundan gelen 503 telefon görüşmesi değerlendirmeye alınmış ve nanoteknoloji, 43 teknoloji ile kıyaslanmıştır. Yapılan araştırmanın sonucunda nanoteknoloji birçok teknolojiden daha az riskli çıkmasına rağmen orta düzeyde yararlı görülmüştür (Currall, King, Lane, Madera and Turner, 2006).
Nanoteknolojinin korkulan diğer bir özelliği ise hükümetlerin veya şirketlerin, nanoteknoloji ürünlerini kullanan tüketicilerin özel hayatına istediği şekilde ulaşabilmesi olmaktadır (Tourney, 2007).
2.2.6. Nanoteknolojinin Dünyadaki Durumu
Nanoteknolojinin çeşitli sağlık ve çevre problemlerine çözüm getirebilecek olmasından dolayı önümüzdeki on yılın en önemli teknolojilerinden olması bekleniyor. Üstelik nanomalzemeler ve nanoaraçlar küresel ekonomiye büyük etki yapacaktır. Yapılan analizler 2014 yılında nanoteknolojik ürün imal eden iş yeri sayısının 10 milyondan fazla olacağını ve yine nanoteknolojik ürünlerin piyasa değerinin 2.600 milyar $’dan fazla olacağını gösteriyor. Dünyanın dört bir tarafından nanoteknolojiye yapılan yatırımların artması, bilim adamlarının, araştırmacıların, yatırımcıların, iş adamlarının ve hükümetlerin artık nanoteknolojinin dev bir sosyal ve ekonomik potansiyel yaratacağını kabul ettiğini göstermektedir (Hullman, 2006).
Şekil 2.7.
1999 ile 2004 Yılları Arasında Çeşitli Ülkelerde Yayınlanan Nanoteknoloji ile İlgili Makale Sayısı (Hullmann, 2006).
Dünyanın farklı kıtalarındaki ülkeleri nanoteknoloji bakımından kıyaslamanın en doğru yolu nanoteknoloji hakkında yayımlanan makalelere, nanoteknolojiye yapılan yatırımlara ve de nanoteknoloji ile ilgili yapılan patent başvuru sayılarına bakmaktır (Hullman, 2006).
Şekil 2.8.
1995 ile 2003 Yılları Arasında Amerika, Asya ve Avrupa Kıtasında Nanoteknoloji ile İlgili Yapılan Patent Başvuru Sayıları (Hullmann, 2006).
Şekil 2.9.
Nanoteknolojiye Yapılan Kamu ve Özel Yatırımların Miktarı (Hullmann, 2006).
Bu grafikler bize nanoteknoloji hakkında 18.000’den fazla makale yayımlayan ve de nanoteknolojiye 3 milyar €’dan fazla yatırım yapan Amerika’nın
diğer ülkelerle arasında korkunç bir fark yarattığını göstermektedir. Nanoteknoloji ABD’de, ekonomistlerin telkiniyle Başkan Bill Clinton tarafından yaklaşık 10 sene önce en öncelikli ve kritik alan olarak ilan edilmiş, dolayısı ile ABD’nin en çok desteklenen programlarından olmuştur. Bunun sonucunda ABD’de büyük araştırma merkezleri ve üniversite araştırma üçgenleri kurulmuştur (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
Eyaletlerin çoğunda izlenen yol, bir üniversite ya da devlet laboratuvarında güçlü ve saygın bir programa bağlı çalışmak olmuştur. Aktivitelerin merkezi Kaliforniya Üniversitesinin iki kampüsü olmuştur; Los Angeles ve Santa Barbara. Yine New York’ da, Albany’de bulunan New York Eyalet Üniversitesi, Cornell, Columbia ve Rensslaer ve federal hükümetin Brookhaven Ulusal Laboratuvarı nanoteknoji ile yoğun bir biçimde ilgilenmektedir. 2001 yılı Eylül ayında, federal hükümet toplam 6 adet Nanoteknolojide Mükemmeliyet Merkezi tayin etmiştir (Uldrich and Newberry, 2005).
Tablo 2.1.
Amerika’da Nanoteknoloji Mükemmeliyet Merkezleri
ÜNİVERSİTE BAŞLIK ÇALIŞMA ALANLARI
Columbia Üniversitesi
Moleküler Nanoyapılarda Elektronik Nakil Merkezi
Endüstri ortaklarıyla işbirliği, elektronik, biyoloji, nörobilim, vs. alanlarında potansiyel
uygulamalar.
Cornell Üniversitesi
Bilgi Teknolojileri’nde Nanoölçek Sistemleri
Merkezi
Bilgi depolama, yüksek performanslı elektronik, komünikasyon ve sensör
teknolojileri.
Harvard Üniversitesi
Nanoölçek Sistemleri’nin Bilim Merkezi
Yeni elektronik ve manyetik cihazlar için nanoyapıların özelliklerini incelemek ve
kuantum bilgi işlemleri.
Northwestern Üniversitesi
Entegre Nanomodelleme ve Tespit Teknolojileri
Merkezi
Yumuşak materyallerde, kimyasal ve biyolojik sensörlere potansiyel uygulamalar
aracılığıyla nanomodelleme.
Rensslaer Enstitüsü Nanoyapıların Güdümlü
Yapılarının Merkezi
İlaç tatbikatı ve sensörlerine bileşik uygulamalı materyaller tasarlamak için Nanoölçekli bina blokları yapılandırmak
Rice Üniversitesi Biyolojik ve Çevresel
Nanoteknoloji Merkezi
Biyomühendislik ve çevre mühendisliği, biyolojinin, nanokimya ile entegrasyonu.
ABD’yi yakından izleyen Japon hükümeti de daha önce benzeri görülmemiş parasal destekleri nanoteknoloji için seferber etmiştir.
Bu konuya ilgi duyan ya da önemini fark eden sadece yüksek teknolojiyle iç içe yaşayan ülkeler değildir. Eşiğinde bulunduğumuz Avrupa Birliği de bu yeni teknolojiden faydalanmak istemektedir. 1998 yılında hayata geçirilmeye başlanan Avrupa Birliği 5. Çerçeve Programı nanoteknolojiyi de kapsamaktadır. AB’nin ESPRIT ve madde çalışmaları üzerindeki BRITE-EURAM projeleri nanoteknoloji içeren çalışmalardır (Tevfik, 2005).
2010 yılında ABD ve Japonya’yı yakalayabilmek isteyen Avrupa Birliği, 6. Çerçeve Programında nanobilim ve nanoteknolojiyi öncelikli alan olarak ilan etmiş ve son dört yıl boyunca bu alandaki araştırmaları desteklemek üzere 1.3 milyar € ödenek ayırmıştır (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
İngilizler de nanoteknoloji ile ilgili reel çalışmalarını Almanlarla birlikte 1998 yılında 2 milyon $ ile başlatmışlardır. İngiliz Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi 1994 yılından itibaren nanoteknoloji ile ilgili projelere destek vermektedir. Milli Fizik Laboratuvarı, özellikle üniversite ve özel sektörde nanoteknoloji çalışmalarını desteklemek için programlar oluşturmuştur. Ülkenin dünyaca ünlü üniversitelerinden Oxford, ileri seviyede nanoteknoloji araştırmalarını sürdürmektedir (Tevfik, 2005).
Komşumuz Yunanistan’ın Girit Adası’nda kurulu, 500 doktoralı araştırmacının çalıştığı Heraklion Araştırma Merkezinde nanoteknoloji geliştirme üzerine yoğun araştırmalar yapılmakta ve bu araştırmalara Avrupa Birliğinden milyonlarca € destek verilmektedir. İsrail bu konuda çok hızlı davranarak çok sayıda tanınmış bilim adamını Nanocenter kuruluşlarında toplamıştır. İrlanda nüfus olarak çok küçük bir ülke olmasına rağmen 630 milyon € miktarında bir kaynağı nanoteknolojiye aktarmıştır.
İlerideki yıllarda nanoteknoloji ile gelişmiş ülkelerle gelişmemiş ülkeler arasındaki fark kapanamayacak kadar ve katlanarak artacaktır. Nanoteknolojiye sahip olan ülkelerin refah seviyesi, ulusal savunması ve ekonomisi daha güçlü bir konuma gelecektir (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
2.2.7. Nanoteknolojinin Türkiye’deki Durumu
Türkiye, insan yaşamını önümüzdeki yıllar içerisinde büyük ölçekte yeniden düzenleyecek olan bu kritik gelişmelere şu ana kadar seyirci kalmıştır. Özel olarak nanobilim ve nanoteknoloji araştırmalarına yönelik kapsamlı bir araştırma planımız
bulunmamaktadır. Avrupa Birliği 6. Çerçeve Programı için hazırlanan bir raporda Avrupa’da ulusal bir nanoteknoloji planı bulunmayan ülkelerin sadece Malta ve Türkiye olduğu belirtilmiştir (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
Bu planın hazırlanması ve bunun gerektirdiği araştırma altyapısına verilecek destekte geç kalınması halinde, Türkiye bu son fırsatı da kaçıracaktır. En önemli husus ise, Türkiye bu fırsatı da kaçırırsa, nanoteknoloji ürünleri (aygıtlar, detektörler, hızlı bilgisayarlar, uzay, uçak teknolojileri, tıp teknolojisi, gen terapi vb.) için bu teknolojiye hükmeden ülkelere çok daha büyük bedeller ödemek zorunda kalacaktır. Özellikle ülke için hayati bir öneme sahip olan ulusal savunmaya nanoteknoloji hızla girmektedir ki bu durumda, yüksek olan bu bedeli ödemeyi göze alsak bile bu teknolojileri almak mümkün olmayabilir. Öte yandan, nanobilim ve nanoteknoloji için ayrılacak yılda 15 milyon dolarlık bir fon birkaç sene içerisinde katlanmış olarak ülke ekonomisine geri dönecektir.
Ülkede nanoteknolojinin önemi UNAM projesi ile çeşitli kesimlere duyurulmuş, konu gündeme girmiştir. TÜBİTAK tarafından hazırlanan 2023 Vizyon Programı’nda nanoteknoloji yer almış ve yol haritası yapılmıştır. Nanoteknoloji Türkiye’de büyük holdinglerin orta ve uzun dönem planlarında yer almaya başlamıştır. Sayıları az da olsa bazı özel sektör kuruluşları nanoteknolojiyi ürünlerini geliştirmek amacı ile kullanmaya başlamışlardır (Çıracı, 2006).
2.3. Nanobiyoteknoloji
Hücre biyolojisi’nin anlaşılması güç mekanizması bilim insanlarını sürekli olarak nano ölçeklerde makineler ve robotlar yapmaya zorlamıştır. Nanoteknoloji’nin atomlarla oynayarak istenilen ölçeklerde makineler yapması, bir yandan da birçok bilim insanının hücre mekanizmasını tam olarak çözüp sağlık problemlerinin ortadan kaldırmak istemesi farklı disiplinleri bir araya getirerek yeni bir çalışma alanını doğurmuştur ki buna ‘Nanobiyoteknoloji’ adı verilmektedir (Jones, 2006). Kısacası nanobiyoteknoloji, insanların vücuduna nano ölçeklerde
makineler yerleştirerek birçok sağlık problemini ortadan kaldırmak ve yaşam kalitesini yükseltmek amacıyla ortaya çıkmış bir çalışma alanıdır.
Bazı bilim insanları bu çalışma alanının nanobiyoteknoloji olarak değil de biyonanoteknoloji olarak adlandırılması gerektiğini düşünse de, yayınlanmış çoğu makalede ve kitapta bilim insanları nanobiyoteknoloji olarak adlandırmayı tercih etmiştir.
2.3.1. Nanobiyoteknolojinin Önemi
Nanobiyoteknoloji sayesinde bugüne kadar tanısı ve tedavisi mümkün olmayan hastalıklar üzerinde insanlar çalışmaya başlamış ve kayda değer sonuçlar elde etmişlerdir. Hücrelerimizdeki bir DNA molekülünün çapının 2 nm, kanda dolaşan antikor proteinlerinin 15 ile 50 nm boyutlarında olduğunu düşünürsek, nanobiyoteknolojinin, nanobilim ve tıp alanına yakın gelecekteki getireceği yenilik ve açılımlar da kolayca anlaşılabilir. Nanoimplantlardan, akıllı ilaç salım sistemlerine, nanobiyomakinalardan, genomik uygulamalar için DNA çiplerinin nanofabrikasyonuna, mezenkimal kök hücre bazlı organ mühendisliği uygulamalarından, DNA kökenli ligantların nanogörüntüleme amaçlı kuvantum noktacıklarıyla birlikte kullanımlarını kadar nanobiyoteknoloji çok kritik bir rol oynamaktadır (Gürsel, 2006).
DNA da zamanla gelebilecek değişiklikler (mutasyon), yanlış ürün üretimi nedeniyle biyolojik fonksiyonların bozulmasına ve dolayısıyla çeşitli ve çok önemli hastalıklara yol açabilmektedir. Genetik değişmesiyle ortaya çıkabilecek hastalıkların izlenmesi, erken tanı ve hastalıkların başlangıçta müdahale ile etkin tedavisinde çok önemlidir. Şüphesiz bu analizlerin doğru ve hızlı olarak yapılması birçok bilinmeyenin de çözümü demektir ki bu, hastalıklardan hem korunmayı hem de doğru tedaviyi sağlar (Nanoteknoloji Strateji Grubu, 2004).
İşte bu analizlerin hızlı ve doğru bir şekilde yapılması nanobiyoteknolojinin ilerlemesiyle oluşturulan biyomalzemeler (biyoçipler, nanorobotlar, biyosensörler vs.) tarafından gerçekleştirilebilecek ve şu an çaresi bulunmayan sağlık problemleri yok edilebilecektir.
2.3.2. Nanobiyoteknolojiden İnsanlığa Katması Beklenen Faydalar
Günümüzde bilim adamları nanobiyoteknolojiden gerçekten de çok önemli yararlar sağlamayı planlamaktadır. Bunların bazılarından söz etmek gerekirse;
1- Nanobiyoteknolojinin gelişmesiyle hücrelerin çalışma mekanizmaları (özellikle hücre zarlarında gerçekleşen haberleşme) daha iyi öğrenilebilecek, hücrede çalışmayan kısımlar nanoyapılarla değiştirilebilecek ve hücre tamiri gerçekleşebilecektir.
Aslında bunun için birçok çalışma yapılmış durumdadır. Bunlardan bir tanesi Cornell Üniversitesi öğretim görevlilerinden Xinjian Zhou, Paul McEuen ve meslektaşlarının nanoyapıları kullanarak hücre zarının davranışlarını daha iyi öğrenebilmek yaptıkları çalışmadır. Bu çalışmada Zhou ve meslektaşları hücre iskeleti görevi gören nanotüpler oluşturmayı başarmışlardır (Hone and Kam, 2007). Hücre iskeleti hücreyi desteklik vermesinin yanı sıra hücrede madde alışverişlerinde önemli bir oynamaktadır (Sağlam, Aştı, Özer, 2001). Hücre iskeleti hücre zarında bulunan membran proteinlerinin hareketlerini kısıtlayarak onların difüzyona uğramalarını engellemektedir. Zhou ve meslektaşları bir hücre zarının alt tarafına hücre iskeleti görevi gören bir nanotüp yerleştirmiş ve aynı zamanda nanotüp üzerine yerleştirilen bir monitör ile hücre zarı üzerinde meydana gelen sinyalleşmeyi incelemişlerdir (Hone and Kam, 2007).
Şekil 2.10.
Çift Tabakalı Yağ Tabakasının Altına Yerleştirilmiş ve Hücre İskeleti (Cytoskeleton) Görevi Gören Nanotüp (Hone and Kam, 2007).
2- Körlere yeniden görme, sağırlara duyma, felçlilere yeniden yürüme şansı verilebilecektir.
Bu hastalıkların tedavisi içinde yine birçok çalışma yapılmış ve halen yapılmaya devam edilmektedir. Nanoteknolojinin biyoteknolojiye uygulanmasıyla ortaya çıkmış nano ölçekteki araçlar (özellikle biyoçipler), bu hastalıkların tedavisi için uygulanmaya başlanmıştır bile (Doğan, 2002).
3- AIDS, kanser, diyabet gibi hastalıklar tedavi edilebilecektir.
Bazı bilim insanları, insanoğlunun yıllardır kanserle uğraşmasına ve milyonlarca dolar paranın araştırmalarda harcanmasına rağmen maalesef kanser karşısında insanoğlunun mağlup olduğunu kabul etmişlerdir. Gerçekten de dünyanın dört bir tarafındaki araştırma laboratuvarlarında kanserle ilgili birçok çalışma yapılmış ve halen yapılmaya devam etmektedir. Ama bunlardan bazıları var ki
kanser tedavi için gerçekten umut verici sonuçlar doğurmuştur. Bunlardan bir tanesi Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümünden İhsan Gürsel ve meslektaşlarının yaptığı çalışmadır. Gürsel ve meslektaşlarının yaptığı çalışma ile insanlarda baş ve boyunda oluşan ve çok hızlı bir şekilde ilerleyen bir kütle kanserini farelerde %90 başarı ile ortadan kaldırmışlardır (Gürsel, 2006).
Şekil 2.11.
PEG (Polietilen Glikol) ile Sarılmış Karbon Nanotüp’ün Kanserli Dokuya Gönderilmesi (Liu and Wang, 2007).
Yine Stanford Üniversitesinden Dai Hongjie, Xiaoyuan Chen ve meslektaşlarının yaptığı çalışmada kanser tedavisi için umut vaad eden sonuçlar elde edilmiştir. Dai, Chen ve meslektaşları bir nanoteknoloji ürünü olan karbon nanotüpleri farelerde kullanarak kanserli dokulara istenilen ilaçları salmış ve yan etkisiz başarı elde etmiştir (Liu and Wang, 2007).
