Bir gün biyolojik sistemlerle arayüz oluşturabilecek ucuz, toksik olmayacak nanomateryaller; biyosensörler ve katı faz elektronik cihazları için gerçek mi oluyor? En azından Nature Nanotechnology dergisinde (Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2011.119) 7 ağustosta yayınlanan bulgularının liderlik edebileceğini söyleyen mikrobiyolog ve ekibi buna önderlik ettiklerini ileri sürüyor.
Bazı bakteri türlerinin dışındaki sil benzeri yapılar iletkenlik gizemini suyun altında çalışabilmesiyle elinde tutuyor olabilir. Amherst deki Massachusetts Üniversitesi' nden mikrobiyolog Derek Lovley "Bakteriler dış yapı elemanları olarak bilinen pili yapısını kullanarak diğer bakterilerle iletişim kurar ve ayrıca elektriği iletir." diyor.
Bazı bakteri türlerinin dışındaki sil benzeri yapılar iletkenlik gizemini suyun altında çalışabilmesiyle elinde tutuyor olabilir. Amherst deki Massachusetts Üniversitesi' nden mikrobiyolog Derek Lovley "Bakteriler dış yapı elemanları olarak bilinen pili yapısını kullanarak diğer bakterilerle iletişim kurar ve ayrıca elektriği iletir." diyor.
Aslında 2010 yılında bir başka ekipten farklı bir organizmayla ilgili benzer bir çalışma yayımlanmıştı ancak bu çalışmalar organizmadan organizmaya farklılık gösterdiğinden ve bir elin parmaklarını geçmeyen sayıda araştırma olduğundan herbiri ilk sonuç diye söyleniyor. (Bu makalelerden birini ileride detaylı yazacağım.)
Lovley' nin ekibi Geobakterlerden bazıları üzerinde izolasyon özelliklerini anlamak için çalışmalar yaparak sonuçları paylaştı. Buldukları sonuç; aynen metallerde olduğu gibi iletkenliğin ph ile attığını sıcaklıkla düştüğüydü. Ekip daha sonra pili üretimini tetiklenen ve Geobakter biyofilmlerinin iletkenliği baştan başa arttırılmış bakteriler geliştirdiler.
 |
| Geobacter sulfurreducens hücrelerindeki metal benzeri iletkenlik gösteren protein nanouzantıları ağının TEM (transmission electron micrograph) görüntüsü |
 |
| Geobacter sp. |
Ekipten Mark Tuominen uygulamaların çok çeşitli olduğunu söylüyor. Pili yapısının küçük olması ve kafes oluşturma kabiliyetiyle kapasitörlerin yüzey alanının daha çok elektrik yüklenmesini sağlıyor. Daha fazlası bakteriler suda yaşadıkları için böylece ikinci adım olarak suya dayanıklı elektronik yapılar geliştirilebilecek.
Baş mikrobiyolog Derek Lovley fizik uzmanı Mark Tuominen, Nikhil Malvankar ve arkadaşları, elektronları, uzunlukları boyunca iletebildikleri için mikrobiyal nanoteller olarak da bilinen bakteriyel filamentlerin (uzantılar), yapay organometalik nanoyapılar gibi etkin olarak elektrik şarjıyla yüklenebildiğini ve bu elektriği bakterinin boyunun binlerce katı olan mesafeler boyunca iletebildiğini buldular.
Biyofilm boyunca hızla akabilen ve milyonlarca hücrenin birbirine bağlı kümelerinden oluşmuş mikrobiyal nanoteller ağları, elektronik endüstrisinde çok sık kullanılan sentetik iletken polimerlerle karşılaştırılabilecek düzeyde iletkenlik özelliği olduğu bulgular arasında.
Lovley, "Bu şekilde protein filamenlerin elektronları iletme yeteneği biyolojide bir paradigma kaymasıdır ve bunun bazı yansımaları vardır; doğal mikrobiyal süreçlerin anlaşılabilmesinin yanında, çevre temizliği ve yenilenebilir enerji kaynaklarını için pratik uygulamalar geliştirilebilmesi gibi pek çok olayı aydınlatabileceğini düşünüyoruz."
"Keşif biyofilm yapısının anlaşılmasında temel bir değişimi temsil ediyor." diyen Malvankar devam ediyor; "Bu türlerde, biyofilm kendini metal sanan proteinlerle dolu ve bunlar elektronları çok uzaklara, aslında size bağlı, biyofilmi ne kadar uzatırsanız o kadar uzağa iletebiliyor."
Fizik uzmanı Tuominen, "Bu keşif sadece biyoloji alanında değil mühendislik için de önemli ilkeler öne sürüyor. Yaşayan, doğal yollarla oluşturulmuş, toksik olmayan, kolay üretilebilen ve insan yapımından daha ucuza mal edilebilen bu yeni iletken nanomateryal sahasını artık araştırabiliriz. Hatta bu bize su içinde ve ıslak ortamlarda bile elektronik cihazların kullanımına imkan verebilir. Daha önce mümkün olmayan biyo ve enerji uygulamaları için heyecan verici olanakların kapısını aralıyor." diyerek heyecanını belirtiyor.
Araştırmacılar protein filamenleri boyunca elektriksel yüklenme ile metal benzeri iletkenliğin ilk defa gözlemlenip rapor edildiğini belirtiyor.Daha önceleri böyle bir iletkenliğin bir dizi proteinleri içeren sitokromdan sitokroma elektronların sıçramalarının olduğu mekanizmalara ihtiyaç duyduğu düşünülüyordu. Bunun aksine UMass Amherst üniversitesi ekibi sitokromların olmadığı durumlarda bile uzun menzilli iletkenliğin olduğunu gösteriyorlar. Geobakter uzantıları (filamentleri) gerçek bir tel gibi davranıyor.
Baş mikrobiyolog Derek Lovley fizik uzmanı Mark Tuominen, Nikhil Malvankar ve arkadaşları, elektronları, uzunlukları boyunca iletebildikleri için mikrobiyal nanoteller olarak da bilinen bakteriyel filamentlerin (uzantılar), yapay organometalik nanoyapılar gibi etkin olarak elektrik şarjıyla yüklenebildiğini ve bu elektriği bakterinin boyunun binlerce katı olan mesafeler boyunca iletebildiğini buldular.
Biyofilm boyunca hızla akabilen ve milyonlarca hücrenin birbirine bağlı kümelerinden oluşmuş mikrobiyal nanoteller ağları, elektronik endüstrisinde çok sık kullanılan sentetik iletken polimerlerle karşılaştırılabilecek düzeyde iletkenlik özelliği olduğu bulgular arasında.
Lovley, "Bu şekilde protein filamenlerin elektronları iletme yeteneği biyolojide bir paradigma kaymasıdır ve bunun bazı yansımaları vardır; doğal mikrobiyal süreçlerin anlaşılabilmesinin yanında, çevre temizliği ve yenilenebilir enerji kaynaklarını için pratik uygulamalar geliştirilebilmesi gibi pek çok olayı aydınlatabileceğini düşünüyoruz."
"Keşif biyofilm yapısının anlaşılmasında temel bir değişimi temsil ediyor." diyen Malvankar devam ediyor; "Bu türlerde, biyofilm kendini metal sanan proteinlerle dolu ve bunlar elektronları çok uzaklara, aslında size bağlı, biyofilmi ne kadar uzatırsanız o kadar uzağa iletebiliyor."
Fizik uzmanı Tuominen, "Bu keşif sadece biyoloji alanında değil mühendislik için de önemli ilkeler öne sürüyor. Yaşayan, doğal yollarla oluşturulmuş, toksik olmayan, kolay üretilebilen ve insan yapımından daha ucuza mal edilebilen bu yeni iletken nanomateryal sahasını artık araştırabiliriz. Hatta bu bize su içinde ve ıslak ortamlarda bile elektronik cihazların kullanımına imkan verebilir. Daha önce mümkün olmayan biyo ve enerji uygulamaları için heyecan verici olanakların kapısını aralıyor." diyerek heyecanını belirtiyor.
Araştırmacılar protein filamenleri boyunca elektriksel yüklenme ile metal benzeri iletkenliğin ilk defa gözlemlenip rapor edildiğini belirtiyor.Daha önceleri böyle bir iletkenliğin bir dizi proteinleri içeren sitokromdan sitokroma elektronların sıçramalarının olduğu mekanizmalara ihtiyaç duyduğu düşünülüyordu. Bunun aksine UMass Amherst üniversitesi ekibi sitokromların olmadığı durumlarda bile uzun menzilli iletkenliğin olduğunu gösteriyorlar. Geobakter uzantıları (filamentleri) gerçek bir tel gibi davranıyor.
 |
| Su altında iletkenlik |
Doğada Geobakter mikrobiyal nanotellerini demir oksitlere, topraktaki doğal pas gibi mineraller, aktarımı için kullanıyor. İnsanlarda oksijenin yaptığını Geokbakterlerde nanoteller yapıyor. "Geobakterin nanotelleriyle yapabildiği şey 10 kilometre uzunluğunda bir şnorkel ile nefes almaya benzer." diyor Malvankar.
UMass Amherst ekibi Nature dergisinde 2005' te Geobakterin nanotellerinin biyolojide temel bir özelliğe işaret edebileceğini önermişlerdi ancak ellerinde bir mekanizma olmadığından büyük şüphe ile karşılanmışlardı.
Deneylere devam ettiklerinde, Lovley ve ekibi Geokbakterin elektrodlarda demir oksitlerle yer değiştirerek büyüyeceği gerçeğini avantaja çevirerek şimdilerde bakterilerin elektrodlar üzerinde kalın, elektriksel iletkenliğe sahip biyofilmler üretiyorlar. Bu üretimi de genetiği değiştirilmiş suşlar üzerinde bir seri uygulanan çalışmalar sonrasında, biyofilm üzerindeki metalik iletkenliğin nanoteller ağıyla yüklenebileceğini biyofilm boyunca yayılabileceğini bulmalarına borçlular.
Bu özel yapılar, daha önce görülmemiş bir şekilde tabiri caizse bir enstrüman misali akord edilebiliyor. Nanoteknoloji çevresinde iyi bilinen şeylerden birinin yapay nanotel özelliklerinin, ortam faklılığıyla değişebileceği olduğuna dikkat çeken Tuominen; Geobakter'in doğal yolunun, iletkenlik özelliğini, örneğin; sıcaklıkla oynayarak ya da yeni suş yaratmak için gen regülasyonunu kontrol ederek, araştırmacıların işlemleri idare edebilmesine izin vermesinin eşsiz olduğunu ekliyor.
UMass Amherst ekibi Nature dergisinde 2005' te Geobakterin nanotellerinin biyolojide temel bir özelliğe işaret edebileceğini önermişlerdi ancak ellerinde bir mekanizma olmadığından büyük şüphe ile karşılanmışlardı.
Deneylere devam ettiklerinde, Lovley ve ekibi Geokbakterin elektrodlarda demir oksitlerle yer değiştirerek büyüyeceği gerçeğini avantaja çevirerek şimdilerde bakterilerin elektrodlar üzerinde kalın, elektriksel iletkenliğe sahip biyofilmler üretiyorlar. Bu üretimi de genetiği değiştirilmiş suşlar üzerinde bir seri uygulanan çalışmalar sonrasında, biyofilm üzerindeki metalik iletkenliğin nanoteller ağıyla yüklenebileceğini biyofilm boyunca yayılabileceğini bulmalarına borçlular.
Bu özel yapılar, daha önce görülmemiş bir şekilde tabiri caizse bir enstrüman misali akord edilebiliyor. Nanoteknoloji çevresinde iyi bilinen şeylerden birinin yapay nanotel özelliklerinin, ortam faklılığıyla değişebileceği olduğuna dikkat çeken Tuominen; Geobakter'in doğal yolunun, iletkenlik özelliğini, örneğin; sıcaklıkla oynayarak ya da yeni suş yaratmak için gen regülasyonunu kontrol ederek, araştırmacıların işlemleri idare edebilmesine izin vermesinin eşsiz olduğunu ekliyor.
Ekipten bir diğer araştırmacı Malvankar ise biyolojik transistör gibi davranan biyofilm olan üçüncü elektrodun bilim dünyasına sunulmasıyla voltaj uygulanarak devrenin açılıp kapanabileceğini gösterdiğini belirtiyor.
Bilim insanları bunun çevreci, ucuz maliyetli, ilerletilebilir, sadece biyoloji alanında değil mühendislik alanlarında da birçok çözümü beraberinde getirebileceğini öne sürerek araştırmalarına devam ediyor.
Bilim insanları bunun çevreci, ucuz maliyetli, ilerletilebilir, sadece biyoloji alanında değil mühendislik alanlarında da birçok çözümü beraberinde getirebileceğini öne sürerek araştırmalarına devam ediyor.
kaynaklar:
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder