Bilim ve Teknik Dergisi 520. Sayı - Mart

Nanobiyoteknoloji İnsanlığa Ne Sunacak? Aylık Popüler Bilim Dergisi Mart 2011 Yıl 44 Sayı 520 TBeilkivmenik 4 TL Bilim ve Teknik Mart 2011 Yıl 44 Sayı 520 DKainlaabmailğıki ların Kalabalıkların Dinamiği Beyin Dalgalarıyla Oyun Oynamak KaranlıkBiyolojik Zorunluluk: Nanokristaller Parçacık Fiziğine Adanmış Bir Ömür Engin Arık 20 9 771300 338001

TBeilkivmenik Aylık Popüler Bilim Dergisi Yıl 44 Sayı 520 Mart 2011 “Benim mânevi mirasım ilim ve akıldır” Mustafa Kemal Atatürk Getty Images İnsan kalabalıklarının davranışları sosyal bilimlerin çeşitli alanlarının konusu, örneğin sosyoloji ve sosyal psikolojinin. Ancak“Kalabalıkların Dinamiği”başlıklı yazısında yazarımız Zeynep Ünalan, fizikçilerin bu sosyal davranışlar hakkındaki yaklaşımlarını ortaya koyuyor. Fizikçilerin kalabalıkların davranışlarını açıklamaya yönelik çeşitli modelleri var. Bu modeller ve yazıdaki ara başlıklar çok ilgi çekici: Sosyal Kuvvet Modeli, Hücresel Otomat Modeller, Kalabalıklar Akışkanlar Mekaniğiyle Anlaşılabilir mi?, Kalabalıkların Türbülansı: Panik, Domino ve Kelebek Etkileri. Fizikçilerin, kalabalıkların dolayısıyla sosyal olayların dinamiğini anlamaya yönelik yaklaşımları, günümüzün toplumsal hareketlerini de anlamamıza yardımcı olacak açıklamalar getiriyor. Toplumsal yaşamın getirdiği gelişim sonucu caddelerimiz, binalarımız, parklarımız ışıl ışıl. Bu manzara etkileyici görünse de önemli bir kirlilik kaynağı: Işık kirliliği. Arkadaşımız Özlem İkinci,“Biyolojik Zorunluluk: Karanlık”başlıklı yazısında insan sağlığı, doğal hayat ve gökbilim çalışmaları açısından tehlike oluşturan bu kirliliği konu ediyor. Bilim dünyasının kalabalıkların dinamiğini anlama çabası gibi diğer bir çabası da biyolojik sistemleri oluşturan atomların ve moleküllerin bir araya geliş esaslarını, organize olma mekanizmalarını, şekillenmelerini ve işlevlerini yerine getirirken uydukları ilkeleri anlayabilme çabası. Nano-dünyayı anlayabilme yolundaki çalışmaların yoğun olarak sürdürüldüğü yerlerden biri de Bilkent Üniversitesi. Bu üniversitenin Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü ve Fizik Bölümü’nden araştırmacılarımızın hazırladığı yazılar nanobiyoteknoloji alanındaki çalışmaları anlatıyor. Yazarlarımızdan Doç. Dr. Abdurrahman Coşkun, bu sayıda kanser hücrelerinin bulundukları bölgeden çıkarak vücudu işgal ettiği aşama olan metastazı anlatan bir yazı ve hücreyi tanıma yolculuğunda beşinci yazısı olan“Hücrenin Sindirim Organelleri Lizozomlar”başlıklı yazısıyla dergimize katkılarını sürdürüyor. Arkadaşımız Bülen Gözcelioğlu ise arkeoloji ve botanik işbirliğiyle yapılan çalışmaları anlatıyor. Dergimizin sürekli yazarlarından bilim tarihçisi Prof. Dr. Hüseyin Gazi Topdemir, 2007 yılında bir uçak kazası sonucu kaybettiğimiz, parçacık fiziği alanında önemli çalışmalar yapan bilimcimiz Engin Arık’ın yaşamı ve çalışmalarını anlatıyor. Bu yılın başında, 2011 yılı içinde TÜBİTAK Bilim ve Teknik dergisi olarak“Bilim Söyleşileri”adı altında değişik şehirlerde, çeşitli alanlardan bilim insanlarını okuyucularımızla buluşturmayı planlamıştık. Yurtdışında çalışan bilimcilerimizden ve dergimiz yazarlarından Prof. Dr. Bahri Karaçay, bizden erken davranarak bu güzel çalışmayı başlattı. Prof. Dr. Bahri Karaçay, 7-10 Mart tarihleri arasında Erciyes, Melikşah ve Atatürk üniversitelerinde“Yaşamın Sırrı DNA: Genetik Reform ve Geleceğimiz”başlığı altında söyleşiler yapacak. Bilim dolu bir Mart ayı bizleri bekliyor. Saygılarımla Duran Akca Sahibi Yazı ve Araştırma Grafik Tasarım - Uygulama Mali Yönetmen TÜBİTAK Adına Başkan Alp Akoğlu Ödül Evren Töngür H. Mustafa Uçar Prof. Dr. Nüket Yetiş ([email protected]) ([email protected]) ([email protected]) Genel Yayın Yönetmeni İlay Çelik Web Abone İlişkileri Sorumlu Yazı İşleri Müdürü ([email protected]) Sadi Atılgan E. Sonnur Özcan Duran Akca Dr. Bülent Gözcelioğlu ([email protected]) ([email protected]) ([email protected]) ([email protected]) İdari Hizmetler Yayın Kurulu Dr. Özlem İkinci İmran Tok Prof. Dr. Ömer Cebeci ([email protected]) ([email protected]) Doç. Dr. Tarık Baykara Dr. Zeynep Ünalan Prof. Dr. Salih Çepni ([email protected]) Yazışma Adresi Abone İlişkileri Fiyatı 4 TL Prof. Dr. Süleyman İrvan Dr. Oğuzhan Vıcıl Bilim ve Teknik Dergisi (312) 468 53 00 Yurtdışı Fiyatı 5 Euro. Dr. Şükrü Kaya ([email protected]) Atatürk Bulvarı Faks: (312) 427 13 36 Dağıtım: TDP A.Ş. Yrd. Doç. Dr. Ahmet Onat Redaksiyon No: 221 Kavaklıdere 06100 [email protected] http://www.tdp.com.tr Prof. Dr. Muharrem Yazıcı Sevil Kıvan Çankaya - Ankara İnternet Baskı: İhlas Gazetecilik A.Ş. ([email protected]) Tel www.biltek.tubitak.gov.tr ihlasgazetecilikkurumsal.com Özlem Özbal (312) 427 06 25 e-posta Tel: (212) 454 30 00 ([email protected]) (312) 427 23 92 [email protected] Baskı Tarihi: 27.02.2011 Faks ISSN 977-1300-3380 (312) 427 66 77 Bilim ve Teknik Dergisi, Milli Eğitim Bakanlığı [Tebliğler Dergisi, 30.11.1970, sayfa 407B, karar no: 10247] tarafından lise ve dengi okullara; Genelkurmay Başkanlığı [7 Şubat 1979, HRK: 4013-22-79 Eğt. Krs. Ş. sayı Nşr.83] tarafından Silahlı Kuvvetler personeline tavsiye edilmiştir.

İçindekiler 24 Günlük hayatta bazen planlayarak bazen planlamadan kalabalığa dahil oluyoruz. Sokaklarda yaya olarak, trafikte sürücü ya da yolcu olarak. İşyerlerinde, okullarda, alışveriş merkezlerinde tanımadığımız birçok insanla sözsüz de olsa ne kadar çok iletişime geçiyoruz. Genelde huzurlu bir şekilde gerçekleşen bu kolektif iletişim, birden kaosa dönüşebiliyor. Hınca hınç dolu bir stadyumda bir konser ya da bir futbol maçı izlemiş, stadyum çıkışı sakin sakin ilerleyen insan selinin birden itişip kakışan bir insan yığınına dönüştüğüne şahit oluyoruz. Bir yangın alarmı üzerine çıkışlara koşan insanlar birbirlerini ezip geçebiliyor. O durumlarda, içinde bulunulan mekânın mimarisi, çıkışları ve tahliye stratejileri ne kadar düşünülerek, planlanarak yapılmış olursa olsun facialar önlenemeyebiliyor. 32 Cadde ışıkları, reklam tabelaları, binalardaki aydınlatmalar, bahçe ve park aydınlatmaları, güvenlik aydınlatmaları, spor ve eğlence alanlarının aydınlatılması, gece çalışılan iş yerlerindeki aydınlatmalar… Hepsi bir araya geldiğinde etkileyici, masum bir manzara gibi görünse de aslında karşımıza önemli çevre kirliliklerinden biri olan ışık kirliliği çıkıyor. Hava kirliliği kadar sıkça duymamış olsak da ışık kirliliği maalesef insan sağlığı, doğal hayat ve gökbilim çalışmaları açısından tehlike sinyalleri veriyor. 38 Bilim dünyası biyolojik sistemleri oluşturan atomların ve moleküllerin bir araya geliş esaslarını, organize olma mekanizmalarını, çeşitli formlar alarak şekillenmelerini ve işlevlerini yerine getirirken uydukları prensipleri anlayabilmek için büyük bir çaba harcıyor. Nano-dünyayı anlayabilmek, böylelikle modern insanın sorunlarını çözmek ve yeni ürünleri ortaya çıkarabilmek için biyoloji, kimya, fizik, matematik, mühendislik bilimleri ve tıp bilimlerinin el ele vererek ortak çalışmalar yapmasını zorunlu kılan bu yeni bilim dalı ise nanobiyoteknoloji.

Haberler ........................................................................................................................................... 4 + Merak Ettikleriniz / Zeynep Ünalan ........................................................................................... 12 88 Ctrl+Alt+Del / Levent Daşkıran ................................................................................................. 14 Türkiye Doğası Tekno-Yaşam / Osman Topaç ...................................................................................................... 16 Bülent Gözcelioğlu Beyin Dalgalarıyla Oyun Oynamak / Elif Demirci ................................................................... 18 96 Kalabalıkların Dinamiği / Zeynep Ünalan ................................................................................ 24 Sağlık Biyolojik Zorunluluk: Karanlık / Özlem İkinci .............................................................................. 32 Ferda Şenel 98 Nanobiyoteknoloji İnsanlığa Ne Sunacak? / Uygar H. Tazebay-Mutlu Erdoğan ...................... 38 Gökyüzü Konjestif Kalp Yetmezliği Tedavisinde Kablosuz İmplant Teknolojisi / Oğuzhan Vıcıl ...... 43 Alp Akoğlu DNA Nanoparçacıklarının Nanotıp ve Nanobiyoteknolojideki Yeni Kullanım Alanları / 100 İhsan Gürsel-Fuat C. Yağcı-Gizem Tinçer-Tamer Kahraman-Mayda Gürsel.......................... 44 Yayın Dünyası Nanokristaller / Atilla Aydınlı-Ömer Salihoğlu ......................................................................... 48 İlay Çelik Çok Amaçlı İleri Teknoloji Uygulamaları İçin Geliştirilen Bir Araştırma Reaktörü: MYRRHA / 102 Hamid A. Abderrahim-P. Baeten-D. De Bruyn-J. Heyse-P. Schuurmans- Bilim Tarihinden J. Wagemans-Çeviri: Şakir Ayık ................................................................................................... 52 H. Gazi Topdemir Dev Dalgalar/ Cihan Bayındır .................................................................................................... 56 106 Kanser Hücrelerinin Bağımsızlık İlanı METASTAZ / Abdurrahman Coşkun ..................... 58 Bilim ve Teknik’le Geçmişe Işık Tutan Bitki Kalıntıları / Bülent Gözcelioğlu ....................................................... 64 Kırk Yıl Ülkemizde Dinozor Fosili Bulmak Mümkün mü?/ Cemal Tunoğlu ...................................... 68 Alp Akoğlu Uzaydaki Postacılar: Göktaşları / Seda Oturak.......................................................................... 70 108 Amatör Teleskop Yapımı-5 Optik Testler, Aynanın Biçimlendirilmesi ve Kaplanması / Matemanya Başar Titiz....................................................................................................................................... 74 Muammer Abalı Hücrenin Sindirim Organelleri Lizozomlar / Abdurrahman Coşkun..................................... 78 110 Parçacık Fiziğine Adanmış Bir Ömür Engin Arık / Hüseyin Gazi Topdemir........................ 82 Zekâ Oyunları Emrehan Halıcı Düzeltme: Şubat 2011 sayımızda yer alan“Karbon, Hidrojen, Oksijen... Oluşum Mühendisleri”başlıklı yazıda geçen“Karbon +6 değerlikli yani yörüngelerinin dolması için 6 elektrona daha ihtiyacı olan ametal bir elementtir.“ cümlesi yanlış bilgi içermektedir. Cümleyi“Karbon +4 değerlikli yani yörüngelerinin dolması için 4 elektrona daha ihtiyacı olan ametal bir elementtir.”olarak düzeltir, özür dileriz.

HCahboeprlienr’in Ölümünden sonra Chopin’in sağlık so- ğer çocuklardan farklı olarak DNA’larının Hayaletleri runlarıyla ilgili birçok şey yazılmış. Ancak küçük bir bölümünün ya ikinci kopyası- bunlardan hemen hiçbiri nörolojik olgu- nın oluşturulmuş ya da kaybolmuş oldu- Alp Akoğlu lardan söz etmiyor. Bu normal kabul edili- ğunu tespit etti. yor çünkü o dönemde nörolojiyle, özellik- 1848’de ünlü Polonyalı besteci le de epilepsiyle ilgili neredeyse hiçbir şey Lancet dergisinde yayımlanan çalışma- ve piyano virtüözü Frederic bilinmiyor. nın sonucunda, otizm ve şizofreni durum- Chopin, Paris’te ünlü cenaze marşını çal- larında da görülen, DNA’daki bazı bölge- dığı bir konserin ortasında aniden dura- Chopin’in tanımlamasıyla, sıkça kar- lerin kopya sayılarının farklı olması duru- rak sahneyi terk etti. Sonra sahneye döne- şılaştığı bir durum etraftaki insanları ge- munu DEHB’de de tespit ettiklerini ve bu- rek herhangi bir açıklama yapmadan kal- zinen bir grup hayalet olarak görmesi. nun DEHB’nin nörogelişimsel bir sorun dığı yerden çalmaya devam etti. Chopin’in gördüğü sanrıların sadece gör- olduğunu yani DEHB yaşayan çocukların sel olması, yani sanrılara seslerin eşlik et- beyinlerinin diğer çocuklardan farklı ol- Chopin, daha sonra bir arkadaşına yaz- memesi şizofreni gibi başka birçok nöro duğunu gördüklerini duyurdular. dığı mektupta durumu anlatırken konse- lojik bozukluğu elemeye olanak sağlıyor. rin ortasında, yarım açık duran piyano- DEHB, çocuklarda en yaygın görülen nun kapağının arasından aniden birtakım Medical Humanities adlı dergide ya- ruh sağlığı bozukluklarından biri. Örne- yaratıklar çıktığını belirtmiş. O zamanlar yımlanan çalışmada Chopin’e epilepsi teş- ğin İngiltere’de 50 çocuktan birinde görü- Chopin’in ailesi ve arkadaşları sık sık gör- hisi konmuş olsa da, kendisini doğrudan lebiliyor. DEHB’li çocuklar aşırı derecede düğü bu tür sanrıları onun dehasının bir gözlemleme olanakları bulunmadığından, huzursuzluk, düşünmeden hareket etme, yan etkisi olarak görürmüş. yazarlar bundan yüzde yüz emin olmanın dikkat dağınıklığı gibi özellikler gösteri- mümkün olmadığını belirtiyorlar. Ancak yorlar. Bu nedenle de okulda ve evde bir- Aslında Chopin’in önemli birtakım nörolojik hastalıklara teşhis konulurken takım zorluklar yaşıyorlar. Bir tedavisi ol- sağlık sorunları olduğu hayranları tarafın- tanıkların ifadeleri büyük önem taşıdığın- mamasına rağmen, belirtiler ilaç ve dav- dan iyi biliniyor. Çünkü hayata 39 yaşın- dan yöntemlerinin onları büyük olasılıkla ranış terapisinin birlikte uygulanmasıy- da veda eden besteciyle ilgili yazılarda sağ- doğru sonuca götürdüğünü düşünüyorlar. la azaltılabiliyor. Aslında bu durum kalıt- lık sorunlarından sıkça bahsedilir. Chopin sal. DEHB’li bir ebeveyni ya da ikiz kar- öldüğünde ölüm nedeni tüberküloz ola- Hiperaktivite ve deşi olan çocuklarda DEHB bulunması ih- rak açıklanmıştı. Ancak sonradan kistik Dikkat Eksikliği timalinin dörtte üç oranında olduğu be- fibrozdan ya da bir karaciğer hastalığın- Kalıtsal mı? lirtiliyor. Şimdiye kadar bu durumun ge- dan ölmüş olabileceği üzerinde durulma- netik olduğuna dair bir kanıt yoktu; olası ya başlandı. Özlem İkinci nedenlerine ilişkin olarak da yetersiz ebe- veyn becerisinden şekerden yana zengin Chopin’in ölüm nedeni üzerine yapı- Yeni bir araştırmayla dikkat eksikliği/ beslenmeye kadar çeşitli tartışmalar vardı. lan araştırmalar var ama sanrıların nede- hiperaktivite bozukluğunun (DEHB) nini sorgulayan pek fazla araştırma bu- kalıtsal olabileceğine dair bulgulara ulaşıl- Cardiff Üniversitesi’ndeki araştırma gru- lunmuyor. Bir Chopin hayranı olan İspan- dı. Cardiff Üniversitesi’nden bilim insan- bu klinik olarak DEHB tanısı konmuş 366 ya’daki Xeral-Calde Hastanesi Radyoloji ları DEHB sorunu yaşayan çocukların di- çocuğun ve 1000 çocuktan oluşan kontrol Bölümü’nden Manuel Vázquez Caruncho grubunun genetik materyalini analiz etti- liderliğinde yapılan bir araştırmada beste- ler. Dr. Nigel Williams DEHB’li çocuklar- cinin sanrılar görmesine neden olan has- da yüksek oranda eksik ya da kopya sayısı talığın temporal lob epilepsisi olduğu öne sürülüyor. Araştırmacılar, bulgularını ço- ğunlukla Chopin’in kendiyle ilgili yazdık- larına ve onun hakkında yazılanlara da- yandırıyorlar. 4

Bilim ve Teknik Mart 2011 2 kat olan DNA bölümleri olduğunu tespit Beynin diğer işlevlerinden farklı ola- rasında etkinleşen bölgede görülmesi ge- ettiklerini, bu bölümler ve beyinle ilgili di- rak okumanın yaklaşık 5400 yıllık bir geç- rekirdi ki, araştırmanın sonuçları tam da ğer bozuklular arasında net bir bağlantı ol- mişi var. Braille alfabesi ise sadece 200 yıl- bu yöndeydi. duğunu söylüyor. Araştırmacılar normal- dır kullanılıyor. Amedi bu sürelerin beyin- de nadir olarak görülen kopya sayısında- de evrimsel olarak okumaya yönelik yeni Görme engelli ve gören insanların beyin ki farklıların, DEHB’li çocuklarda kontrol bir modül oluşması için yetersiz olduğu- etkinliklerini karşılaştırmaya devam eden grubundakilere göre neredeyse iki kat daha nu belirtiyor. ekip, VWFA’daki örüntülerin iki grup ara- yaygın olduğunu buldu. sında ayırt edilemediğini gösterdi. Gören in- Yine de araştırmacılardan Laurent Co- sanlarda VWFA’nın sahip olduğu ana işlev- Çalışmada DEHB sorunu yaşayan ço- hen daha önce yaptığı araştırmalarda, gö- sel özelliklerin görme engellilerde de oldu- cuklarda tanımlanan kopya sayısındaki rebilen insanların beynindeki, görsel söz- ğu, dolayısıyla bunların okumanın duyusal farklılıkların önemli derecede örtüştüğü cük biçimi bölgesi (VWFA) olarak bilinen şeklinden bağımsız olduğu, üstelik şaşırtıcı ve bu bölgelerin otizm ve şizofreniye yat- çok özel bir bölgenin bu amaç için ayrıl- biçimde hiçbir görsel deneyim gerektirme- kınlığı etkileyebileceği gözlendi. Bu has- dığını göstermişti. Ancak hiçbir görsel de- diği kaydedildi. Araştırmacılar bu bulgula- talıklar tamamen ayrı olarak düşünülmüş neyimi olmadığı halde okumayı öğrenen rın beyin işlevine ilişkin, beyin bölgelerinin olsa da, bazı belirtiler ve öğrenme güçlüğü görme engelli insanların beyinlerinde ne gerçekleştirdikleri işleve göre tanımlanma- açısından DEHB ve otizm arasında örtüş- olduğu bilinmiyordu. sını öneren metamodal kuramı destekleyen, me olduğu belirtiliyor. Bu yeni araştırma- şimdiye kadarki en güçlü dayanak olduğunu nın sonucu da, bu iki durumun ortak bir Yeni araştırmada Amedi ve ekibi, do- belirtiyor. Araştırmacılar VWFA’nın birden biyolojik temeli olabileceğini gösteriyor. ğuştan görme engelli olan sekiz kişinin çok duyu için, basit unsurları daha karmaşık Braille’le yazılmış kelimeler ya da anlam- şekil tanımlarıyla ilişkilendiren bir bütünleş- En dikkat çekici örtüşme, daha önce şi- sız Braille harf dizileri okurkenki sinirsel tirme merkezi olduğu görüşünde. zofreni ve diğer belli başlı psikiyatrik has- etkinliklerini ölçmek için işlevsel manye- talıklar için de tespit edilen ve beyin gelişi- tik rezonans görüntüleme yöntemini kul- Amedi, Braille okuyan insanların be- minde rol oynayan bir dizi genin de bulun- landı. Amedi’nin açıklamasına göre eğer yinlerindeki işlev aktarımının ne kadar duğu 16. kromozomun özel bir bölgesinde beyin duyusal bilgiyi işleme odaklı bir dü- hızlı gerçekleştiğini anlamak amacıyla, görülmüş. Dr Kate Langley DEHB’nin tek zendeyse, Braille okumanın dokunmay- insanların Braille alfabesini öğrendikle- bir genetik değişiklik nedeniyle değil, kop- la ilgili bilgileri işleyen beyin bölgeleri- ri sıradaki beyin etkinliklerini inceleme- ya sayısındaki farklılıkların da yer aldığı ne bağlı olması beklenirdi. Öte yandan yi planladıklarını söylüyor ve şu soruları pek çok genetik değişiklik nedeniyle orta- eğer beyin göreve yönelik bir düzene sa- gündeme getiriyor “Beyin bilgiyi sözcük- ya çıktığını belirtiyor. hipse tüm beyinde en yüksek etkinliğin ler biçiminde işlemeye nasıl geçiyor? Bu VWFA’da, yani gören kişilerde okuma sı- değişim bir anda mı gerçekleşiyor?” Okumayla İlgili Beyin Bölgesi 5 Görme Duyusundan Bağımsız mı? İlay Çelik Yeni bir araştırmaya göre beynin gör- sel okumadan sorumlu bölgesi, gör- me duyusuna ihtiyaç duymuyor. Beyin gö- rüntüleme çalışmalarından elde edilen ve- riler, Braille alfabesiyle okurken görme en- gellilerin beyinlerinde etkinleşen bölgele- rin, gören bireyler okurken etkinleşen böl- gelerle aynı olduğunu gösteriyor. Kudüs’teki Hebrew Üniversitesi’nden Amir Amedi, bazen öyleymiş gibi görün- se de beynin bir duyum makinesi değil bir görev makinesi olduğunu, beynin belir- li bir bölgesinin aldığı duyusal veriden ba- ğımsız olarak belirli bir görevi -bu durum- da okumayı- gerçekleştirdiğini söylüyor.

Haberler celemek için kullandığı sensörü, canlı bir Akıllı Mikroskop organizmanın içine yerleştiremeyecekleri Deneyi Biyolojide için daha farklı bir yöntem geliştirmişler. Kendi Yapıyor! Gökbilim Esintisi Görüntü bozukluğunun en büyük nede- ni dokuların heterojen yapıda olmasından Özlem İkinci Büşra Kamiloğlu dolayı ışığın farklı yönlerde saçılmasıdır. Bu yüzden her bir ışın tek tek inceleniyor. Almanya’daki Avrupa Moleküler Biyo- Bilinmeyeni gökbilimciler teleskop- loji Laboratuarı’ndaki (EMBL) bilim la, biyologlar mikroskopla gözlemler. Deneyde bir farenin beynine küçük flo- insanları araştırmacıların ne aradığını hız- Gökbilimcilerin gözlemlerini etkileyen en resan boncuklar yerleştirilmiş. Bu bon- lıca saptayan ve karmaşık mikroskop de- büyük problem, atmosferin ışığın yönünü cuklar gökbilimcilerin referans yıldızı gibi neylerinde otomatik olarak çalışan yeni saptırarak görüntüyü bozmasıdır. Görün- davranıyor. Küçük bir ayna, ışınları bon- bir yazılım geliştirdiler. tü bozulması problemi benzer şekilde bi- cuğa gönderip yansımalarını alıyor. Bozul- yologlar için de geçerlidir. ma oranı bilgisayarda hesaplanıyor ve dü- Araştırmacıların saatlerce mikroskop zeltmesi yapılıyor. Bu işlem her ışın için başında oturarak özenle doğru hücreyi bul- Görüntüleri düzeltmek için gökbilim- devam ediyor. ma çalışmaları geliştirilen yeni yazılım saye- ciler “uyarlanabilir optik” teknolojisinden sinde tarihe karışacak. Nature Method der- yararlanıyor: İncelemek istenilen gökcis- Bu yöntemin en büyük avantajı 400 gisinde sunulan yeni bilgisayar programı miyle aynı doğrultuya güçlü bir lazer yer- mikrometre kalınlığındaki dokuların in- araştırmacının ne aradığını hızlıca saptıyor leştiriliyor ve bu lazer aracılığıyla sanal celenebilmesi. Diğer avantaj ise çok az ışı- ve karmaşık mikroskop deneylerinde ilginç yıldız yaratılıyor. Bu yıldızın atmosferde- ğa ihtiyaç duyulması, böylelikle işlemin özellikli hücreleri tespit ederek zahmetli ve ki bozunma oranı bir bilgisayar tarafın- verimli olması. zaman alan bu işi otomatik olarak yapıyor. dan hesaplanıyor ve görüntü hesaplara uy- “Mikropilot” olarak adlandırılan bu yazı- gun olarak düzeltiliyor. Aynı doğrultudaki Gökbilimciler gözlem yaparken düzelt- lım mikroskop tarafından alınan düşük çö- bir gökcismi incelendiğinde aynı düzeltme me işlemini saniyede 1000 defa gerçekleş- zünürlüklü görüntülerin analizini yapıyor. ona uygulanıyor ve daha net görüntü elde tirmek zorunda kalıyor, çünkü yıldızlar Araştırmacının ilgilendiği hücreyi ya da ya- edilmiş oluyor. oldukça hızlı parıldıyor. Bir farenin beyni pıyı tespit ettiğinde mikroskoba deneyi baş- incelenirken yapılan bir düzeltme, 1 saate latmak için talimat veriyor. Bu işlem yüksek Howard Hughes Medikal Enstitü- yakın geçerli olabiliyor ve 100 mikromet- çözünürlüklü video kaydetmek kadar basit sü’nden Eric Betzig ve ekibi, gökbilimci- relik bir alana uyarlanabiliyor. (Bu alan ya da floresanla işaretlenmiş proteinlere la- lerden esinlenerek benzer bir yöntemi bi- düzinelerce nöron içeren genişlikte.) Ekip zer ile müdahale etmek kadar karmaşık ola- yolojik organizmalarda denemişler. An- ilerleyen dönemlerde bu alanı artırma yö- biliyor ve ardından sonuçları kaydediyor. cak gökbilimcilerin ışıktaki sapmayı in- nünde çalışmalar yapmayı planlıyor. Bu yazılım hızlı ve çok veri ürettiğin- 6 den sistem biyolojisi çalışmaları için bir nimet olarak değerlendiriliyor. “Mikropi- lot” hücre bölünmesinin iki önemli aşa- masında 232 hücreyi saptayıp üzerlerinde karmaşık görüntü deneylerini dört gece-

Bilim ve Teknik Mart 2011 de yapabilirken deneyimli bir mikroskop 31 Ocak 2011 tarihli kararıyla dünyanın Ancak Douglas’ın keşfinden bu yana ku- uzmanının bir örnekteki binlerce hücre- ilk “Karanlık Gökyüzü Adası” ilan edildi. ramdan ibaret olan anti-lazer, henüz yapıla- den 232 hücreyi bulması için aralıksız bir Adayı hâlihazırda yılda 40.000 turist ziya- mamıştı. Hui Cao ve ekibi anti-lazeri yapan ay çalışması gerektiği söyleniyor. Mikro- ret ediyor. Uluslararası Karanlık Gökyü- ilk araştırmacılar oldu. Onların deyimiyle: pilot yüksek verimlilikle, kolayca ve hız- zü Birliği’nin bu kararının ardından ada- “Mükemmel emici”. lıca istatistiksel olarak güvenilir veriler el- nın “astroturizm” bakımından gelişeceği de ederek araştırmacılara özel bir biyolojik ve özellikle amatör gökbilimcilerin akını- Mükemmel emici’nin çalışma ilkesi, bir- işlemdeki yüzlerce farklı proteinin rolünü na uğrayacağı tahmin ediliyor. biriyle karşılaşan iki ışık dalgasının, aynı faz- inceleme şansı veriyor. da olmalarından dolayı birbirini yok etme- Anti-Lazer sine dayanıyor. Bu da ısı açığa çıkarıyor ve “Karanlık Büşra Kamiloğlu bu ısı kolayca elektrik enerjisine dönüştürü- Gökyüzü” Adası lebiliyor. Lazerin 1960 yılındaki keşfinden 50 yıl Alp Akoğlu sonra, Yale Üniversitesi’nden araştır- Anti-lazerin macılar “anti-lazer”i icat etti: Geleneksel kullanım ala- İngiltere’nin Channel Adaları olarak bi- lazerin tersine, ışığı yaymak yerine emen nı optik bilgisa- linen adalarından en küçüğü olan Sark, yeni bir tür lazer. yarlardan rad- gökbilimciler için bir cennet niteliğin- yolojiye kadar de. Yaklaşık 650 kişinin yaşadığı bu adada Geleneksel lazerlerde, yarı iletken bir uzanıyor. Bu sayede bilgisayarlarda tran- otomobil ve sokak lambası yok. Ada sakin- malzeme olan galyum arsenit kullanılır. sistör ve silikondan oluşan çiplerin yerini leri evlerindeki ve işyerlerindeki aydınlat- Bu malzeme farklı dalga boyu, frekans ve ışık ve elektrik enerjisi alabilir. Tıpta kan- mayı da ışık kirliliğine yol açmayacak şe- yoğunluktaki ışığı tek bir fazda güçlendi- serli hücrelerin tedavisinde kullanılan ışın kilde düzenlemiş durumda. Hiçbir lamba rir ve yüksek frekansta yayar. tedavisi, yüzeye yakın hücrelere etki eder- gereksiz bir alanı ya da gökyüzünü aydın- ken anti-lazer uygulaması sayesinde daha latmıyor. 2010 yazında Yale üniversitesinden A. derinlerde tedavi mümkün olabilir. Douglas Stone ve ekibi anti-lazer’in arka- Mükemmel emici’nin ışığı emme oranı Sark adası bu özelliği sayesinde Ulus- sındaki kuramı açıklayan bir çalışma ya- teoride % 99,999 olarak hesaplanmış. Uygu- lararası Karanlık Gökyüzü Birliği’nin (In- yımladı. Anti-lazerde kullanılan malze- lamada henüz % 99,4’e ulaşılabilmiş. Stone, ternational Dark-Sky Association – IDA) me, geleneksel lazerdeki gibi galyum arse- bunun fikrin uygulamaya geçirilebileceğinin nit değil en çok bilinen yarı iletken olan si- gösterilmesi açısından oldukça iyi bir sonuç likon olmalıydı. olduğunu söylüyor ve ilerde rahatlıkla geliş- tirilebileceğine dikkat çekiyor. 7

Haberler let yarışmasının (Turgutreis Estetik, Çev- lir Enerji Kaynakları, Enerji Verimliliği ve resel ve İşlevsel Deniz Aracı Tasarım Ya- Kalitesi; Mekatronik, Robotik ve Otomas- Geleceğin rışması ve Yarışı) ikincisi bu yıl düzenleni- yon Uygulamaları; Elektronik ve Haberleş- Mühendisleri yor. Yarışmanın amacı öğrencileri ve genç me Uygulamaları; Yazılım ve İnternet Uy- Uluslararası tasarımcıları deniz bisikleti veya kano ti- gulamaları ve Mekanik, Malzeme ve İma- Arenada pi “insan gücü ile çalışan deniz aracı” ta- lat Uygulamaları sarlamaya teşvik etmek. Yarışmayı düzen- A leyenler aynı zamanda su sporu alanında Yıldızlı Projeler Yarışması’na ön lisans, vrupa Teknoloji Öğrencileri Top- cazip ve eğlenceli çevreci alternatifler yara- lisans ve yüksek lisans öğrencileri, sanayi luluğu (BEST) tarafından düzenle- tarak sürdürülebilir turizme destek olmayı ile sektörün ihtiyaçlarına ve sorunlarının nen Ulusal Mühendislik Yarışması (NEC) hedefliyor. Başarılı olan yarışmacılar 18-19 çözümüne yönelik olarak hazırladıkları bi- 22 Nisan-25 Nisan 2011 tarihleri arasın- Haziran 2011’de Turgutreis’teki deniz yarı- tirme tezi/projesi ve ders/ders dışı projele- da gerçekleştirilecek. Yarışmanın Türki- şına katılmaya hak kazanacak. ri ile katılabilecek. Yarışmaya başvuru için ye ayağına Yıldız Teknik Üniversitesi ev son tarih 29 Nisan 2011. sahipliği yapıyor. Üçü teknik toplam dört Eco-siklet 2010 yarışmasının birinci- üniversitenin katıldığı yarışmanın sonun- si Mekik takımı, Mayıs ayında Almanya’da www.elektrikport.com da, şirket temsilcileri ve akademisyenler- düzenlenecek Uluslararası Su Bisikleti den oluşan jüri tarafından seçilecek olan Yarışması’nda yarışacak. Taşınabilir olması Bilim Söyleşileri ekip, ülkemizi Avrupa BEST Mühendislik için ikiye katlanan, özel sevk sistemi kulla- Yarışması’nda (EBEC) temsil edecek. İki nılan Mekik’in tasarımcıları İstanbul Tek- I etaptan oluşan yarışma sonuçların açıkla- nik Üniversitesi öğrenciler Harun Demir owa Üniversitesi Tıp Fakültesi Pediat- nacağı günle birlikte dört gün sürecek ve ve Devran Torun, TÜBİTAK Özel Ödü- ri Bölümü Çocuk Nörolojisi Kürsüsü Kariyer Günü, Vaka Analizi ve Takım Ta- lü olarak TÜBİTAK Marmara Araştırma öğretim üyesi ve dergimiz yazarlarından sarımı olmak üzere üç etaptan oluşacak. Merkezi Enerji Enstitüsü’nde geçen yıl yaz Prof. Dr. Bahri Karaçay 7-8 Mart’ta Erciyes stajyerliği kazanmışlardı. ve Melikşah üniversitelerinde, 10 Mart’ta Etkinlikte ayrıca yarışmacılara çeşitli ise Atatürk Üniversitesi’nde konuşma ya- ödüller verilecek. Amaçlardan biri de yarış- Yarışmacılar iki kişilik tasarım takımı pacak. macıların özgeçmişlerinin şirketlere sunul- olarak başvuracaklar, ancak tasarlanacak masını sağlamak ve bu sayede yarışmacıla- araçlar bir kişinin yarışabileceği, turistik Üniversite rektörlüklerinden aldığı da- rın kariyer planlarında temel oluşturmak. etkinliklerde ve su sporlarında kullanıla- vetle gelecek olan Prof. Dr. Bahri Karaçay, bilecek araçlar olabilecek. Eco-siklet 2011, “Yasamın Sırrı DNA: Genetik Reform ve Yarışmayı düzenleyen Avrupa Tekno- Türkiye’deki üniversitelerde kayıtlı olan Geleceğimiz” başlığı altında söyleşiler ya- loji Öğrencileri Topluluğu’nun Türkiye’de bütün öğrencilere açık. Tasarım ile birlik- pacak. dört üyesi var: Yıldız Teknik Üniversite- te başvuru için belirlenen son tarih 15 Ni- si, İstanbul Teknik Üniversitesi, Orta Do- san 2011. Prof. Dr. Bahri Karaçay söyleşiler son- ğu Teknik Üniversitesi ve Ege Üniversite- rasında TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapla- si. Geçen yıl Romanya’da yapılan Avrupa www.turgutreis.bel.tr rı tarafından yayımlanan “Yaşamın Sırrı BEST Mühendislik Yarışması (EBEC) ise DNA” adlı kitabını imzalayacak. bu yıl Türkiye’de yapılacak. Yarışmanın ev Yıldızlı Projeler sahibi ise İstanbul Teknik Üniversitesi. Yarışması www.turkiyemuhendislikyarismasi.org Y ıldız Teknik Üniversitesi IEEE öğ- Eco-siklet 2011 renci Kulübü bu yıl Yıldızlı Proje- ler Yarışması’nın üçüncüsünü düzenliyor. İ Geçtiğimiz iki yılda 244 başvuru alan Yıl- lki geçen yıl düzenlenen ve Türkiye’deki dızlı Projeler Yarışması’nın sloganı “Fikri- üniversite öğrencilerini çevre dostu de- ni Geleceğe Taşı”. niz aracı tasarlamaya teşvik eden Eco-sik- Birinciye 5000 TL, ikinciye 3000 TL, üçüncüye 2000 TL para ödülünün yanı sı- ra dereceye giren projelere iş planı hazırla- ma semineri ve teknik eğitimler verilecek. Buna ek olarak finale kalmaya hak kaza- nan projeler için oluşturulan, sanayicilerin ve akademisyenlerin bulunduğu danışma kurulu, isteyen ekiplere profesyonel destek ve proje gelişimi için danışmanlık yapacak. Yıldızlı Projeler Yarışması 5 ana kate- goride düzenleniyor. Bunlar: Yenilenebi- 8

Bilim ve Teknik Mart 2011 Soğuktan Camlar Yeni Yöntemler rındaki atardamarlarda oluşan kan basıncını Erir mi Demeyin! ile Daha Hassas doğru ölçme konusunda yetersiz kaldığı za- Tansiyon Ölçümü manlar olabiliyor. Oğuzhan Vıcıl Oğuzhan Vıcıl Yüksek kan basıncı özellikle beyin ve kalp Soğuktan cam erir mi demeyin! İlk bakış- üzerinde hasar oluşturduğu için, aortun kalp ta imkânsız gibi gözükse de güncel bir Yüksek tansiyon ve buna bağlı rahatsız- ve beyne yakın olan bölümündeki kan basın- bilimsel çalışma, mutlak sıfır noktası (-273 lıklar günümüzde hayli yaygın ve ba- cının doğru bir şekilde ölçülmesi çok önem- Santigrat derece) civarında camın ve camla- zı durumlarda hayli kritik sonuçlar doğura- li. Koldaki kan basıncı, bazı kişilerde aorttaki şan malzemelerin teorik açıdan erimesi ge- biliyor. Bu nedenle tansiyonun kontrol altın- kan basıncından hayli farklı olabiliyor (Ör- rektiğini gösteriyor. da tutulması ve zamanında müdahale önem- neğin genç bireylerde koldaki basınç daha li. Kan basıncı, yıllardır en yaygın olarak kol- yüksektir). Bu farklılıklar da “merkezi aor- Tel Aviv ÜniversitesiKimyaBölümü’nden lardan ve bileklerden yapılan ölçümler ile be- tik sistolik kan basıncı (CASP)” yüksek olan Prof. Eran Rabani ve Columbia Üniversite- lirlenmeye çalışılıyor. Peki, sağlığımız ve ha- hastaların teşhis edilmesi ve tedavisi açısın- si Kimya Bölümü’nden Prof. David R. Re- yatımız üzerinde çok ciddi sonuçları olabile- dan güçlük oluşturuyor. ichman liderliğinde gerçekleştirilen bir ça- cek bu yöntem ne kadar güvenilir? Leicester lışma, kuantum mekaniğinin cam oluştu- Üniversitesi’nden bir ekip ve Singapurlu bi- Leicester Üniversitesi ve Singapur mer- ran akışkanlarda daha önce keşfedilmemiş lim insanları geliştirdikleri orijinal bir yön- kezli Healthstats International medikal şir- bir etkisini ortaya koyuyor. Sonuçları Natu- temle daha hassas ölçüm yapılabildiğini be- ketindeki araştırmacılar, geliştirdikleri oriji- re Physics’in Ocak ayı internet baskısında ya- lirtiyor. nal bir yöntemle aorttaki kan basıncının da- yımlanan bu çalışmada, kuantum etkisi so- ha doğru bir şekilde ölçülebildiğini gösterdi. nucunda camın mutlak sıfır noktası yakınla- Hem birtakım kalıtımsal faktörlere ve- Sonuçları Journal of the American College of rına soğutularak eritilebileceği gösteriliyor. ya başka rahatsızlıklara hem de günümüz Cardiology Şubat ayı sayısında yayımlanan yaşam stilinin büyük ölçüde zorunlu kıldı- bu güncel çalışmada yer alan bilgilere göre, Pencere camı yapımında kullanılan silis ğı stres, iş yoğunluğu, sportif aktivitelerden ilk olarak bileğe takılan sensörler aracılığıy- gibi bazı malzemeler, kuramsal olarak, çok uzak durma, sigara ve dengesiz beslenme gi- la nabız dalgaları ölçülüyor. Daha sonra ha- hızlı bir şekilde soğutuldukları zaman ca- bi şartlara bağlı olan yüksek tansiyon, pek reketli ortalama yöntemi kullanılarak, kalbe ma dönüşebiliyor. Prof. Rabani’nin belirtti- çok rahatsızlığın yaygınlaşmasında hayli et- yakın damarlardaki kan basıncı matematik- ği üzere, çok özel şartlar sağlandığı takdirde kili. Yüksek tansiyon özellikle beyin damar- sel modelleme yöntemi ile hesaplanıyor. Ha- soğutma aşamasında bir noktada, malzeme larındaki tıkanıklık ve kanamalar açısından reketli ortalama yöntemi, CASP ölçümü açı- önce cama dönüşebiliyor, ardından da akış- günümüzde başlıca risk faktörü olarak öne- sından invazif (kesi veya enjeksiyon gibi vü- kan hale gelebiliyor. mini koruyor. cudu delici) olmadığı gibi çok karmaşık da olmayan bir ölçüm yöntemi sağlıyor. Bu da Endüstriyel açıdan önemli bir potansiyel Özellikle yüksek tansiyon hastaları açı- kol saati büyüklüğünde taşınabilir bir cihaz- barındırmayan bu sonuç, maddelerin ato- sından tansiyonun kontrol altında tutulması la, istenilen yer ve zamanda aorttaki basıncın mik ve moleküler seviyedeki karakteristikle- çok önemli. Tabii ki bunun için öncelikle ge- doğru bir şekilde ve ucuz sayılabilecek bir ci- rini anlamak açısından önemli bulgular ba- rektiği zaman, kısa sürede tansiyonun doğ- hazla ölçülebilmesine imkân veriyor. rındırıyor. Kuramsal açıdan mutlak sıfır nok- ru bir şekilde ölçülebilmesi lazım. Kan basın- tası civarında camın ve camlaşan malzemele- cının koldan ölçülmesi, şimdilik dünyada en Bu yöntem, yüksek tansiyon nedeniyle rin eriyebileceğini ortaya koyan bu çalışma- yaygın sistem olsa da, özellikle kalp yakınla- kalp ve beyin damarlarında oluşabilecek ha- nın, laboratuvar ortamında ileride yapılacak yati zararların önüne geçilebilmesi açısından deneylerle doğrulanması hedefleniyor. büyük potansiyel taşıyor. Sol alt köşede bileğe takılan sensör yer alıyor. Sağ köşede ise bilekteki sensörden gelen verileri işleyen ve CASP değerini hesaplayan ekranlı cihaz yer alıyor. (www.healthstats.com/en/a- pulse-caspro-system.html) 9

Haberler disiyle çakışmayan moleküllere kiral mo- lekül deniyor. Bu durumda DNA mole- külü kiral bir molekül. Gelecekte içinde DNA sarmalı bulunan elektrik devreleriy- le muhtemelen karşılaşmayacağız. Ancak sıra diğer kiral moleküllerin spin süzge- ci olarak kullanımını gösteren deneylerde. Başarılı olunması durumunda kiral mole- küllerin spintronikteki geleceği parlak gö- rünüyor. Balta Girmemiş miyor. Yani geçen elektronlardan yuka- Bitkiler Tohum DNA Ormanında rı spinli olanlar, aşağı spinli olanlardan en Olarak Klonlandı Esrarengiz fazla % 30 daha çok. Aşağı spinli olanlar Elektronlar tamamen elenemiyor. İlay Çelik Zeynep Ünalan Geçen ay Science dergisinde yayımlanan İlk defa bir bitki tohum olarak klonlandı. bir makale spintronikte oldukça önemli UC Davis’ten bir ekibin uluslararası or- Spintronik, elektrik devrelerinde akımı olabilecek bir buluşu konu aldı. Weismann taklarıyla birlikte gerçekleştirdiği çalışma, sağlamak için elektronun yükü yerine Enstitüsü ve Münster Üniversitesi’nden istenen özelliklerini nesilden nesile koru- spinini kullanan ve gelecek vaat eden bir araştırmacılar altın yüzeyinin üzerini DNA yabilen melez bitkiler üretilebilmesi yo- alan. Spinlerin iletimi yük iletimine göre sarmallarıyla sık bir şekilde dolduruyor. lunda çok önemli bir adım. daha az enerji gerektirdiğinden bu tür dev- DNA sarmallarının ucunun altın yüzeyine relerin daha hızlı ve etkin olacağı düşünü- tutunması için sülfür kullanan araştırmacı- Tarım bitkilerinin çoğu melezdir, ancak lüyor. Elektronlar, spinleri aşağı ya da yu- lar bu malzemeyi spin süzgeci olarak kul- melezler eşeyli üreme geçirdikleri zaman karı olmak üzere iki farklı yönelim göste- lanıyor. Lazerle aydınlatılan altından ko- meyve büyüklüğü ve soğuğa dayanıklılık ren, minik mıknatıslar olarak düşünüle- pan elektronlar, DNA sarmalından geçiyor. gibi faydalı özellikleri harmanlanıp kay- bilir. Tabii bir sürü spinden akım elde et- Geçen elektronların bir çoğunun spini ay- bolabilir. Araştırma grubundan UC Davis mek için elektronların spinlerinin aynı yö- nı yönelimi gösteriyor, DNA‘lar daha seyrek araştırmacısı Simon Chan büyüdüğü za- nelimde olması, hepsinin aşağı ya da yuka- yerleştirilirse sistemin spin seçiciliği aza- man genetik olarak bir atasıyla tamamen rı olması gerekiyor. Ancak elektronlardan lıyor. Ayrıca DNA zinciri ne kadar uzunsa aynı olacak tohumlar üretmek istedikleri- tüm aşağı spinli olanları soğuran ve tüm spin seçiciliği o kadar fazla. 25 sıra baz-çiftli ni söylüyor. yukarı spinli olanları geçiren ya da tam ter- DNA zincirinin spin seçiciliği % 10 iken, 80 sini gerçekleştiren bir malzeme ve yöntem sıra baz-çiftli DNA zincirinde bu oran % ana hücre henüz bulunamadı. 60’a kadar çıkıyor. eşeyli üreme apomiksiz yapay klon üretimi Araştırmacılar spin süzgeci olarak ge- Ses getiren bu deneysel gözlemin ku- nellikle manyetik alan uygulanan ferro- ramsal nedeni henüz bilinmiyor. Bilim in- mayoz apomayoz dyad, MiMe manyetik maddeleri kullanıyor. Ancak bu sanları bunun moleküllerin kiralitesiyle il- maddelerin de spin seçiciliği % 30’u geç- gili olabileceğinden şüpheleniyor. Dünya- haploit klon niteliğinde klon niteliğinde daki tüm moleküller kiral ve akiral olmak gamet diploit gamet diploit gamet üzere ikiye ayrılıyor. Ayna görüntüsü ken- disiyle üst üste çakışan bir moleküle aki- haploit haploit GEM ral molekül denirken, ayna görüntüsü ken- gamet gameti döllenme döllenme döllenme yok melez embriyo klon embriyo klon embriyo Doğal apomiksizde klon tohumlar döllenme olmadan oluşur. Eşeyli üreyen bitkilerden klon tohum üretimini sağlamak için klon niteliğindeki gametleri, kromozomlarından biri döllenme sonrasında kaybolacak şekilde değiştirilmiş bir atayla döllediler. 10

Bilim ve Teknik Mart 2011 Bazı bitkiler, özellikle meyve ağaçları, bit- mutasyon oluşturdu. Bu şekildeki haploit Siemens’in ürettiği cihaz hastanın ne- kiden kesilen parçaların yetiştirilmesi yoluy- bitkilerin, yeni çeşitler üretilmesi için ge- fesindeki azot oksit düzeyini ölçerek so- la klonlanabilir, ancak bu yöntem çoğu bit- reken zamanı kısaltabileceği düşünülüyor. luk yolunda oluşan yangıya dair erken işa- ki için kullanışlı değildir. Bazı başka bitkiler- retleri tespit ediyor. Hekimler astım tanı- se, özellikle karahindiba gibi bazı otlar, eşey- Yeni araştırmada ise Chan ve ekibi, bir sı için klinikte benzer bir teknoloji kullanı- li üreme yapmadan, apomiksiz denen ve he- atanın genlerini elemeye programlı bu yor, ancak bu yeni cihaz taşınabilecek ka- nüz çok yetersiz düzeyde anlaşılabilmiş bir Arabidopsis bitkilerini diploit yumurtalar dar küçük olduğu için hastalara kendi du- süreç sonucu kendilerinin klonu olan to- üreten mutantlarla çaprazladı. rumlarını takip etme imkânı tanıyor. humlar üretir. Chan yeni yöntemin apomik- sizle aynı sonucu verdiğini, fakat farklı bir yol Sonuçta üretilen tohumların üçte bi- Yetişkinlerin astım krizinin ön belirti- izlediğini söylüyor. rinde diploit yumurtalar başarıyla döllen- lerini gözden kaçırmaya daha meyilli ol- di ve iki atanın birinden gelen kromozom- duğunu belirten uzmanlar ABD’de her yıl Normalde yumurta ve sperm haploit hüc- lar elendi, böylece atalarından birinin klo- yaklaşık 3000 yetişkinin astım krizi sonu- relerdir, yani atalarının sahip olduğunun ya- nu olan diploit tohumlar elde edildi. cu hayatını kaybettiğine dikkat çekiyor. rısı sayıda kromozom taşırlar. Döllenmiş yu- New York City’deki Bellevue Hastanesi’nde murta ve onun oluşturduğu yetişkin bitki ise Ravi bu gelişmeyi yapay apomiksi- göğüs hastalıkları uzmanı olan Linda diploittir, yani her bir yarısı bir atasından ge- zi gerçekleştirme yolunda bir adım olarak Rogers’a göre bu ölümlerin en trajik yönü len tam bir kromozom takımına sahiptir. görüyor. Araştırma ekibi ileride kendileri- tamamen önlenebilir olmaları. Yetişkinler ni dölleyerek klon tohumlar oluşturabilen öksürme ve göğüs sıkışıklığı gibi uyarı işa- Chan ve ekibi, eşeyli rekombinasyon ol- marul, domates gibi tarım bitkileri ürete- retlerini dikkate almayabiliyor ve bir sorun maksızın diploit yumurta hücreleri üret- bilmeyi umuyor. olduğunu fark edip astım spreylerine sarıl- mesini sağlayan belirli mutasyonlara sahip dıklarında çok geç kalmış olabiliyor. bir laboratuvar bitkisi olan Arabidopsis’e Astım Hastalarına odaklandı. Bu yumurtalar atalarıyla aynı Erken Uyarı Cihazı Siemens’in algılayıcısı hastaları olası genlere ve onlarla eşit sayıda kromozoma bir astım krizine karşı 24 saate kadar uzun sahip oluyor. Ancak bu yumurtaların bir İlay Çelik bir süre öncesinden uyarıyor, böylece has- sperm tarafından döllenmediği sürece ye- tanın önleyici ilaçlarını kullanmak ya da tişkin bir bitki oluşturması mümkün ola- Astım tıpkı şeker hastalığı gibi kronik doktoruna başvurmak için bol bol zama- mıyor, döllenmeleriyse bünyelerine başka bir hastalık, ancak şeker hastaları sağ- nı oluyor. bir ataya ait bir haploit kromozom takımı lık durumlarını kanlarındaki şeker düzeyi- eklenmesi anlamına geliyor. ni ölçerek takip edebilirken astım hastaları Taşınabilir olması için, algılayıcının kendi değerlendirmelerine güvenmek zo- mevcut modellerden daha hızlı olması ge- Geçtiğimiz yıl Chan ve doktora sonra- runda. Sonuç olarak da astım hastaları sık rekiyordu. Kliniklerde kullanılan modeller sı araştırmacı Maruthachalam Ravi, sadece sık acil durumlar yaşayabiliyor. hayli yavaş çalışıyor ve nefesin uzun süre tek bir ataya ait kromozomlar taşıyan hap- depolanması gerekiyor. Bu yüzden portatif loit Arabidopsis bitkileri yetiştirmeyi ba- Yeni geliştirilen taşınabilir bir cihaz, as- cihaz geliştirilirken azot oksiti tutan boya- şardı. Araştırmacılar yumurta döllendik- tım hastalarının olası bir astım krizini sa- da kimyasal değişiklikler yapılarak ölçüm ten sonra iki atanın birinden gelen kromo- atler önce öngörebilmesini sağlayarak bu doğruluğundan ödün vermeksizin ölçüm zom takımının yok olmasını sağlayan bir durumu değiştirme potansiyeli taşıyor. süresinin kısaltılması sağlandı. 11

Merak Ettikleriniz Değerli Okuyucularımız, Nörovizyon Tedavisi Bilimveteknolojikonularındamerak ettiğiniz, kafanızı karıştıran, düşündürücü sorularınızı [email protected] Görme, dış dünyayı algılamamızda en önemli rolü oynayan adresine yollayabilirsiniz. duyularımızdan biridir. Görsel işlevlerin tam olarak yerine Tüm okuyucularla paylaşabileceğimiz sorularınızı değerlendirecek getirilebilmesi için sadece gören iki göz yeterli değildir. Gözler ve yerimiz elverdiğince yanıtlamaya çalışacağız. tarafından algılanan renklerin, beyinde işlenmesi ve görüntü- İlginç bilimsel sorularda buluşmak üzere... ye dönüştürülmesi gerekir. Bazı durumlarda beyin bu işlevi tam olarak yerine getiremeyebilir ve görülen cisme ait uygun görüntü Ben bir ambliyopi (göz tembelliği) hastasıyım. oluşturulamayabilir. Örneğin çocukluk çağında başlayan ve halk Eğer küçükken (6-7 yaşlarına kadar) fark edilirse, normalde arasında göz tembelliği olarak adlandırılan hastalıkta, gözlerin bu rahatsızlığın tedavisinin mümkün olduğunu biliyorum. beyne veri göndermesindeki bozulma nedeniyle görüntü oluşması O yaşlardan sonra beyin görme yeteneğini kaybedeceği aksar. Beyinde uygun görüntünün oluşabilmesi için her iki gözün için tedavinin de mümkün olmadığı biliniyor. eş zamanlı ve paralel olarak beyne bilgi iletmesi gerekir. Gözlerin Fakat son birkaç yıldır uygulanan, benim yeni duyduğum birindeki eksen kayması yani şaşılık durumunda veya gözlerden bir yöntemi olan nörovizyon tedavisi, 9-55 yaş arası hastaların birinde ileri derece görme kusuru olması halinde, her iki gözden (belli kriterleri sağlamaları koşulu ile) bu rahatsızlıklarının beyne gönderilen bilgiler arasında farklılık oluşur. Bu durumda tedavi edilebileceği, en azından görme seviyelerinin beyinde ideal görüntü oluşturulamaz ve göz tembelliği gelişir. Göz birkaç basamak artırılabileceği konusunda, deyim yerindeyse tembelliği, erken yaşlarda saptanıp tedavi edilmezse görme dere- teminat veriyor. Anladığım kadarıyla doktorlar da bu cesinde azalmaya sebep olur. İleri yaşlarda uygulanan klasik tedavi konuda çelişkiye düşmüş durumda: Tedaviyi uygulayanlar yöntemleri, göz tembelliğinin yol açtığı görme kaybını geri getir- işe yaradığını söylerken, bazıları hasta sadece düzeleceğine mekte yetersiz kalmaktadır. Son yıllarda, göz tembelliğinin teda- inandırıldığı için küçük bir gelişme olabileceğini söylüyor. visinde nörovizyon denilen bir yöntem kullanılmaktadır. Her iki Bazıları da bu yeni yöntemin işe yaramadığını düşünüyor. gözün uyumlu bilgi göndermemesine bağlı olarak beynin görme Ben tedaviye daha yeni başladığım için merkezinde oluşan işlev kaybını ortadan kaldırmayı hedefleyen henüz sonuçları göremiyorum. bu yöntemin temel mekanizması, beynin görme merkezine gön- derilen düzenli sinyallerle görme performansının artırılmasıdır. Sorum şu: Göz tembelliğinde, sinirlerin uyarılma gücünde azalma ve iletim Nörovizyon tedavisinin durumu nedir? yollarında düzensizlikler vardır. Belirli uyaranların düzenli olarak Gerçekten bir başarı söz konusu mudur? tekrar edilmesiyle, sinirlerin bu uyaranı algılama gücü ve iletim Yoksa modern tıbbın ticari hızı artar. Hasta, bilgisayar ekranı kullanılarak gösterilen özel gör- maksatlarla kullandığı bir tedavi yöntemi midir? sel sinyalleri algıladığında fareyi tıklayarak bilgisayara geri sinyal gönderir. Hasta gönderilen sinyalleri doğru algılamadıysa bilgisa- yar kişiyi uyarır. Sinyaller doğru algılanana kadar tedavi seansları devam eder. Seanslar genellikle haftada 2-3 kez ve 30 dakika ola- rak yapılır. Üç ay boyunca devam eden seanslar sayesinde görme keskinliği artırılır ve beyinde görüntü oluşması güçlendirilir. Bey- nin plastisite yeteneğini, yani sinir hücrelerinin değişen şartlara göre kendini şekillendirebilme yeteneğini kullanan nörovizyon yöntemiyle göz tembelliğinin tedavisinde yüksek başarı elde edil- diği bildirilmektedir. Doç. Dr. Ferda Şenel Kaynaklar Donald, T. H., Fong, T. A., “Efficacy of neural vision therapy to enhance contrast sensitivity function and visual acuity in low myopia”, EJ Cysaetla, rUa.cTt .R, eHfroafcfmt Saunrng,, Sayı 34, s. 570–577, 2008. Ali Uyanık K. P., “Editorial: Special Issue Neurovision”, Exp Brain Res., Sayı 199, s. 201–202, 2009. 12

Bilim ve Teknik Mart 2011 [email protected] tepkime gerçekleşebilir, pozitif olduğu durumlarda ise tepkimenin olması desteklenmez, yani tepkime gerçekleşmez. Bu arada ∆G bize tepkimenin gerçekleşme hızı ile ilgili bilgi vermez. NaCl iyonik bağlarının kuvvetli olduğu doğru. NaCl’nin çözül- mesi çok az da olsa endotermik bir tepkimedir. Mol başına 3 kilo Jolue’lük enerji açığa çıkar ki bu da çözünürlüğü desteklemez. An- cak çözeltinin entropi değeri oldukça pozitif bir değerdir (hem tu- zun hem de suyun entropisinden büyüktür) ki bu da çözünürlüğü destekler. O zaman bu durumda çözünürlüğü etkin kılan faktörün entropi olduğunu söyleyebiliriz. Metin Çakır NaCl (sodyum klorür) arasındaki birçok iyonik bağı İntegralin tersi türev midir, yoksa diferansiyel midir? İntegral türev ve diferansiyelin tam tanımı nedir? kırmak için çok yüksek enerji gerekirken, NaCl’nin suda Ali Taş çözünmesi sırasında bu iyonik örgülerin kırılarak iyonların Cevaba sondan başlamak herhalde daha doğru. İntegral, türev oluşmasının sağlanmasını açıklayabilir misiniz? ve diferansiyelin formal tanımları nedir? Şüphesiz sizin takıldı- ğınız sorunun yanıtı da zaten tanımlara dönülerek bulunur. İzin ve- Süleyman Solmaz rirseniz önce matematik tanımlar yerine bazı noktaları aydınlatalım: Türev, değişimin hızını tanımlar. Bir f(x) fonksiyonunun herhangi bir Su molekülleri polar (kutuplu) yapıdadır. H2O molekülleri top- x0 noktasındaki türevi, fonksiyonun o noktadaki değişme hızını göste- lamda her ne kadar yüksüz olsalar da, kendi içlerinde kısmi rir. Buna o noktadaki eğim de diyoruz. Ancak, türev aynı zamanda “tü- olarak artı-eksi kutuplaşması içindedirler. Bu ise suyu oluşturan rev alma” işlemini de ifade ediyor. Bu anlamda da bir operatör. Bir fon- hidrojen ve oksijen atomlarının elektronegatiflik farklarından kay- kiyonun değişim fonksiyonu. Örneğin f(x)=x²+5 fonksiyonunun türe- naklanır. Oksijen, hidrojenden daha elektronegatif olduğu için, vi f’(x)=2x diyoruz. O halde burada ikili bir kullanım var. Matematik elektronlar oksijenin olduğu kısımda daha fazla vakit harcayacaktır. olarak: f’(x)=limh→0[f(x+h)-f(x)]/h diye tanımlanıyor (yani değişkenin Bu yüzden oksijen atomu kısmi olarak negatif, hidrojen atomları ise değerinde sonsuz küçük bir artış olduğunda, fonksiyonun değerindeki kısmi olarak pozitif yüklenir. Bu bilgi, suda NaCl (sodyum klorür) değişmenin, artışa oranı). Bu limit alma işlemi, eğer limitin hesaplan- iyonik bağının nasıl ayrıldığını açıklamamıza yardım edecek. ması mümkünse ya da bu limitin tanımsız olduğu noktalar yok ise, “differantiation” olarak adlandırılıyor. İngilizce kullanımda, sonuçta Suyun içine bırakılan NaCl molekülü iyonik karakterlidir. Bu bulunan f’(x) fonksiyonuna “derivative”, “derivative” alma işlemine yüzden NaCl kristal yapısının en dış kısmında bulunan NaCl mo- de “differantiation” deniyor. Buradan hareketle de bizdeki kullanımda lekülleri, polar yapılı H2O molekülleri ile etkileşir. Su molekülle- “türev” derivative, “türev alma” da differantiation anlamını taşıyor. ri NaCl molekülleri ile çarpışacaktır. Sonuçta unutmamalıyız ki bütün maddelerin molekülleri belirli bir termal enerjiye (sıcaklık Burada, bizde diferansiyel olarak kullanılan, ingilizcede “dif- -273,15°C yani mutlak sıfır olmadıkça) sahiptir. Şimdi bu termal ferantial” kelimesinin karşılığını çözmeliyiz. Differantial, türevsel enerjiden dolayı meydana gelen hareketlenmelerde, tuzun en dış demek. Türevle ilgili olan demek. Diferansiyel denklemler örneğin, yüzeyindeki Na+ ve Cl- iyonları eğer kristal yapıdan koparsa, anında türevsel denklemler olarak da adlandırılabilirdi. su molekülleri tarafından çevrelenir ve tutulur. Tahmin edeceğiniz gibi artı yüklü Na+ iyonları suyun kısmi olarak eksi yüklü olan oksi- Aynı analizi integral için de yapabiliriz şüphesiz. Bir fonksi- jenleri tarafından tutulurken, eksi yüklü Cl- iyonları da suyun kısmi yonun integrali, o fonksiyona integral alma operasyonu uygu- olarak artı yüklü hidrojenleri tarafından tutulur. Bu olayda her Na+ landıktan sonra bulduğumuz fonksiyon ya da değer demek olur. ve Cl- iyonu 6 ya da 8 su molekülü tarafından çevrelenir, deyim ye- Kalkülüsün temel teoremi türev alma ve integral alma işlemlerinin bir- rindeyse hapsedilir. Bu olayı gösteren bir animasyonu www.mhhe. birinin tersi olduğunu, bir integrasyon sabiti farkıyla birinden diğerine com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/molvie1.swf gidilip gelinebileceğini gösterir. 17. yüzyılda James Gregory, Isaac New- adresinde izleyebilirsiniz. Su molekülleri tarafından böylesine ton ve Gottfried Leibniz tarafından ayrı ayrı ve birbirlerinden bağımsız çevrildikleri için Na ve Cl iyonları arasındaki çekim zayıflar, ama olarak kanıtlanmış olan bu teorem sizin sorunuza gerekli cevaptır da. tamamen ortadan kalkmaz. Eğer su molekülleri ortamdan uzakla- şacak olursa (suyun buharlaşması), Na+ ve Cl- iyonları tekrar eski Özetlersem, Nasrettin Hoca gibi cevap vermeliyiz: İkiniz de hak- durumlarına döner. lısınız. Diferansiyel kelimesini differantiation-türev alma anlamında kullanmış iseniz. Aslında dediğimiz gibi bu kelime o anlamda kul- Soruya bir de termodinamik kanunları açısından bakalım. Sabit lanılmaz. sıcaklıkta bir tepkimenin gerçekleşip gerçekleşemeyeceği bilgisini ∆G = ∆H - T∆S (G: Gibbs serbest enerjisi; H: entalpi ve S: entro- Muammer Abalı pi ) formülünden bulabiliriz. ∆G’nin negatif olduğu durumlarda 13

Ctrl+Alt+Del Levent Daşkıran Verileriniz Gizli Kalsın İstiyorsanız SSD’ye Koymayın Solid State Disk yani katı hal diski veya bellek ta- Araştırmalar göre Solid State Disk olarak isimlendirilen sabit diskler taşıdıkları verilere hayli bağlı. banlı sabit diskler, fiyatlarının düşmeye başlamasıy- Hatta bazı durumlarda gereğinden de fazla bağlı. la birlikte başta taşınabilir bilgisayarlar olmak üze- re birçok cihazda kullanılmaya başlandı. Geleneksel İşte bu nedenle araştırmacılar, geleneksel sabit disklere kıyaslandıklarında birçok üstünlükle- veri temizleme yöntemleriyle yaptıkları dene- ri var. Çok daha hızlılar, mekanik parça içermedikle- melerde diskteki tüm verileri silmelerine rağ- ri için sarsıntıya karşı daha dayanıklılar, düşük güç men önemli miktarda verinin SSD’ler üzerinde harcıyorlar, ilk erişim hızları yüksek, arıza yapma ris- aynen kaldığını görmüş. Üstelik sorun bu kadar- ki düşük. Üstelik taşıdıkları veriye oldukça bağlılar, la da kalmıyor. SSD’lerde tüm diski temizleme- hatta belki de istemeyeceğiniz kadar. nin ötesinde, tek bir parça veriyi veya özel bir veri grubunu ortadan kaldırmak da başlı başı- Neden? Çünkü UC San Diego Üniversitesi’nin na bir problem. Bu da veri sızmasına karşı has- Değişken Olmayan Sistemler Laboratuvarı’nda çalı- sas olan devlet kurumları ve ticari sır taşıyan şir- şan araştırmacılar, yaptıkları testlerde geleneksel sa- ketler açısından önemli bir risk ortaya koyuyor. bit diskler için kullanılan veri temizleme işlemlerinin SSD’lerde işe yara- Şimdilik SSD’lerden verinin tamamen silindiğinden emin olmak için uy- madığını keşfetti. Normalde sabit disklerde veriyi tamamen silmek için, gulanabilecek tek çözüm işi biten diski fiziksel olarak imha etmek. De- plaka üzerinde verinin bulunduğu manyetik kaplamaya anlamsız bir ve- tayları http://nvsl.ucsd.edu/sanitize/ adresinde bulabilirsiniz. ri dizisi tekrar tekrar yazılır. Böylece özgün verinin üstü bir daha geri ge- Bu arada sistemlerinde klasik sabit diskleri tercih eden çoğunluğun tirilemeyecek ölçüde kapatılmış olur. SSD’lerde ise veri depolama işle- ilgisini çekecek bir haberi de paylaşalım. Normalde bilgisayarınız çalışır- mi manyetik plakalar üzerine veri yazmak şeklinde değildir. Bu tür sabit ken sabit disk üzerinde işlem yaptığınız zamanlarda diskten kendine has disklerde aynı bellek hücresi üzerine sıkça veri yazıp silmek “aşınma” adı bir takım sesler ve tıkırtılar gelir. Eğer bir gün bu tıkırtıların tonu değişir- verilen bir etkiye yol açtığı için, SSD içindeki kontrolcü veriyi diske ya- se ve sabit diskinizden daha önce duymadığınız bir takım sesler yüksel- zarken sürekli olarak diskin değişik bölgelerindeki nispeten az kullanıl- meye başlarsa, o zaman anlayın ki diskinizin başına bir iş gelmek üze- mış bellek alanlarına yönlendirir. Kısacası SSD’lerde verinin diskte nere- re. İşte Data Cent adlı bir veri kurtarma şirketi, şimdiye dek kendilerine ye yazılacağını bilgisayar değil, disk üzerindeki kontrolcü belirler. Bu tür gelen farklı marka ve model sabit disklerin arıza yapmadan önce ne gi- disklere yazılmış veriler ancak sabit boyuttaki kümeler halinde silinebi- bi sesler çıktığını kaydedip bir araya toplamış. Diyorlar ki “Eğer sabit dis- lir, tek tek silinemez. Silme işlemi uzun sürdüğünden, bir bitlik veriyi de- kinizden burada dinleyeceklerinize benzer sesler geliyorsa ve hâlâ veri- ğiştirmek için dahi bütün küme önce okunur, üzerinde değişiklik yapılır lerinize ulaşabiliyorsanız, zaman kaybetmeden içinde ne var ne yok ye- ve yeni bir yere yazılır. Eski bilginin bulunduğu alan daha sonra silinmek dekleyin.” Siteye http://datacent.com/hard_drive_sounds.php adresin- üzere işaretlenir ve genellikle uygun bir zamana kadar öylece bırakılır. den ulaşabilirsiniz. Renk Değiştiren Dizüstü Bilgisayarlar Geliyor nı zamanda üretimde hiç metal kullanılmadığı halde kapağın sanki me- talik bir malzemeden yapıldığı izlenimini veriyor. Şirketin ilk olarak Dyna- book Qosmio T750 adını verdiği modelde kullanacağını duyurduğu bu özel kaplama, ışığın yansımasına göre turkuazdan başlayıp deniz mavisi- ne, oradan mora doğru uzanan bir renk algısı yaratıyor. Sevdiğiniz renk- ler bu aralıkta yer alıyorsa, ama hangi tonu seçeceğinize bir türlü karar ve- remiyorsanız bu sizin için iyi bir haber olabilir. Kötü haberse, ürünün şim- dilik sadece Japonya’da satışa sunulması. http://bit.ly/qosmio adresindeki animasyonda renk değişiminin nasıl gerçekleştiğini görebilirsiniz. Günümüzde tüketiciler yanlarından ayırmadıkları dizüstü bilgisa- Toshiba, dizüstü bilgisayar alırken yarları sadece bir iş ve eğlence aracı olarak değil kişiliklerini yansıtan bir renk seçiminde zorlananlar için renk ürün, yaşam stilinin bir parçası olarak düşünüyor. Bu da üreticilerin ren- değiştiren dizüstü bilgisayarlarını ginden desenine farklı beğenilere hitap eden yüzlerce farklı ürünü piya- piyasaya sürmeye hazırlanıyor. saya sürmesine neden oluyor. Toshiba ise bu işi bir adım daha ileri gö- türerek ortamdaki ışığın yansımasına ve bakış açısına göre renk değiş- tiren bir dizüstü bilgisayar üretmiş. Toshiba, bu sonuca ulaşmak için di- züstü bilgisayarın üzerini her biri binlerce nano katmandan oluşan pol- yester film tabakalarıyla kaplamış. Bu filmler sadece farklı açılardan ba- kıldığında kapağın farklı renklerde görünmesini sağlamakla kalmıyor, ay- 14

Bilim ve Teknik Mart 2011 [email protected] Nihayet Bir Video Oyunu Müziği Grammy Ödülü Kazandı Video oyunları, kimi zaman milyarlarca doları aşan Video oyunu müzikleri, artan yapım bütçeleriy- Müzik otoritelerinin uzun gelirleriyle, eğlence sektöründe Hollywood’un en par- le birlikte profesyonel bestecilerin bu işe el atmasıyla, zamandır burun kıvırdığı video lak gişe filmlerini bile geride bırakan bir sektöre dönüş- endüstride giderek daha çok dikkat çekmeye başladı. oyunu müzikleri, Grammy tü. Yapımcılar, her biri birer görsel şöleni andıran bu Bugün birçok oyun müziğini iTunes ve benzeri müzik Ödülü alacak olgunluğa ve oyunların sadece görünüşü ve hikâyesiyle değil, sesi ve dağıtım platformlarından satın almak mümkün, üste- saygınlığa erişti. müziğiyle de oynayanlara unutulmaz bir deneyim ya- lik bunları para verip satın alanların sayısı da azımsana- şatması için önemli miktarda bütçe ayırıyor ve emek cak gibi değil. Ödül kazanan Baba Yetu parçasını http:// harcıyor. Sonuçta da çoğu zaman bir video oyununun bit.ly/baba-yetu adresinde izleyebilirsiniz. Bu arada ha- içine sıkışıp kalmasına gönlünüzün elvermeyeceği gü- zır unutulmaz oyun müzikleri demişken, 2001 yılında zellikte eserler ortaya çıkıyor. PlayStation 2 platformu için hazırlanan Final Fantasy X adlı oyunun müzikleri arasında yer alan “Suteki Da Aslında bunların kıymetinin bilinmediğini söyle- Ne”yi de hatırlatayım (http://bit.ly/suteki-dane). mek biraz haksızlık olur. Şimdiye kadar video oyunu müziklerinin ana haber bültenlerinde fon müziği ola- rak kullanıldığına da şahit olduk, albüm olarak derle- nip müzik marketlerde satıldığına da. Fakat geçtiğimiz ay ilk defa video oyunu için özel olarak hazırlanmış bir eser, müzik dünyasının en itibarlı ödüllerinden biri ola- rak kabul edilen Grammy Ödülü’ne layık görüldü. Stra- teji oyunlarının ustası Sid Meier’in Civilization IV ad- lı oyunu için Christoper Tin tarafından bestelenen ve oyunun tanıtım fragmanında yer alan “Baba Yetu” adlı parça,“vokal eşliğinde en iyi enstrümantal düzenleme” kategorisinde Grammy Ödülü’nün sahibi oldu. Bu ödül, büyüklük açısından Hollywood ile yarıştığı halde üret- tiği eserler sanat otoriteleri tarafından bir türlü dikkate alınmayan oyun endüstrisinin önemli bir engelin üste- sinden gelmesi, hatta tabir yerindeyse uzun zamandır süregelen bir önyargıyı yıkması anlamına geliyor. 3 Boyutlu Yazıcılar Sayesinde Düşünen Adam Düşünmeye Devam Edecek Köşemizde bu aralar 3 ri dijital ortama aktarabilen özel tarayıcılar yardımıyla dijital boyutlu yazıcıların marifet- ortama aktarıldı, hasarın derecesi belirlendi. Ardından Pa- lerinden biraz sıkça bah- ris’teki orijinal kalıp incelenerek kesilen bölümlerin tam ola- settik, ama bu uygulama- rak hangi forma sahip olması gerektiği hesaplandı. Tüm bu ya da değinmesek olmaz. veriler bir araya getirildikten sonra heykel Belçika’daki iMa- Paris’teki Rodin Müzesi’nde terialise firmasının ürettiği ve dünyanın en büyük 3 boyutlu bulunan Rodin’in ünlü “Dü- yazıcılarından biri olan Materialise Mammoth’ın içine yerleş- şünen Adam”heykelinin, yine bizzat Rodin tarafından yapıl- tirildi. Makine, elindeki verileri kullanarak hasarlı heykel üze- mış farklı boylarda çok sayıda örneği var ve bunlar dünyanın rindeki boşlukları aslına uygun biçimde özel bir polimerle dört bir yanındaki müzelerde sergileniyor. İşte bizzat usta- doldurdu. Ardından sanatçılar heykel üzerinde son rötuşla- nın elinden çıkan bu örneklerden biri de Hollanda’daki Sin- rı ve renklendirmeyi yaparak yenileme işlemini tamamladı. ger Laren Müzesi’nde bulunuyordu. Fakat 2007 yılında mü- Fotoğraflara bakılırsa sonuç gerçekten olağanüstü. zeye giren hırsızlar, Düşünen Adam’ın da aralarında bulun- duğu 7 tane heykeli çalarak kayıplara karıştı. İşin ilginç ta- Heykelin yenilenmiş hali“The Thinker Thinks Again”(Dü- rafı hırsızlar değeri 10 milyon dolara ulaşan bu heykelleri el şünen Adam Yeniden Düşünüyor) adıyla Mayıs ayına kadar altından meraklısına satmak için değil, eriterek hurda fiyatı- Singer Laren Müzesi’de sergilenecek. Detayları http://i.ma- na satmak için çalmışlardı. Bir süre sonra hırsızlar yakalandı, terialise.com/blog/entry/3d-printing-rodins-thinker adresin- ancak yetkililer 7 heykelden 6’sının tamamen parçalandığını de bulabilirsiniz. Bu arada hazır sayfayı ziyaret etmişken say- gördü. Bu acımasız kıyımdan sadece Düşünen Adam kurtu- fanın altında yer alan bağlantılara tıklayarak şirketin Citroen labilmişti, onun da üzerinde hırsızların heykeli keserek par- için aynı teknikle ürettiği araç iç dekorasyonuna da göz at- çalamaya çalışırken bıraktığı derin yaralar vardı. mayı ihmal etmeyin. Eserin yenilenmesi içinse oldukça ilginç bir yönteme başvuruldu. Önce hasarlı heykelin formu 3 boyutlu nesnele- Rodin’in eseri hurda avcılarının hedefi haline gelince, imdada 3 boyutlu yazıcılar yetişti. 15

Tekno - Yaşam Osman Topaç Avuçiçi Modüler Cepboy 3G Bilgisayar Sistemleri Router AmatörÜlkemizde de giderek yaygınlaşan 3G Modüler bilgisayarlar hem tek başlarına bir bilgisayar işlevi FotoğrafçılarUSB modemleri kullanarak 3G çekim görebilen hem de kolayca diğer alanı dahilinde hızlı internet erişimi bilgisayarlarla birleştirilebilen mümkün. 3G router’lar ise 3G USB için Süper sistemler olarak tanımlanabilir. modem üzerinden erişilen interneti, Xi3 modüler bilgisayar her bir kenarı kablosuz (veya kablolu) olarak diğer Zum Fotoğraf yaklaşık 10 cm’lik bir alüminyum bilgisayarlarla paylaşmanızı sağlıyor. Makinesi küp içine yerleştirilmiş bir PC. AMD Athlon 64 x2 işlemci ve 2GB DDR2 belleğe sahip olan Xi3 bilgisayarlarda, Direct X 10 destekleyen bütünleşik Sony tarafından geçtiğimiz günlerde grafik kartı mevcut. HDMI, VGA, piyasa sürülen Cyber-shot HX100V, DVI, LVDS ve DisplayPort gibi 30x (810 mm’ye eşdeğer) optik zum pek çok video çıkışı olan Xi3, 1080P ve 16,1 megapiksel düşük ışıkta full HD video gösterebiliyor. Zyxel tarafından piyasaya sürülen yüksek performans sergileyen Exmor www.xi3.org MWR211 3G router kullanarak, R CMOS işlemcili bir dijital fotoğraf “teoride”sınırsız sayıda bilgisayara makinesi. Saniyede 60 kare 1080 internet erişimi sağlamanız full HD video çekimi de yapabilen mümkün. Normal yerel ağ üzerindeki HX100V, 27 mm’ye eşdeğer geniş interneti de paylaşıma açabilen açı Carl Zeiss Vario-Sonar T lense MWR211’in“kesintisiz iletişim” sahip. HDR teknolojisi kullanan özelliği ile, isterseniz sadece yerel HX100V, her bir fotoğraf çekiminde ağ üzerindeki internet erişilemez 3 ayrı pozlama süresi ile çekim olduğu durumlarda 3G üzerinden yapabiliyor ve her bir çekimden elde internete erişebiliyor, diğer edilen en iyi görüntüyü birleştirerek durumlarda sadece yerel ağdaki profesyonel sonuçlar çıkarabiliyor. internet erişimini kullanabiliyorsunuz. 3D Sweep Panorama özelliği ile üç Ayrıca, MWR211 üzerinde bulunan boyutlu panoramik çekim yapmak bütünleşik batarya sayesinde içinse deklanşörü basılı tutarak 2 saate kadar şehir şebekesini çekim yapacağınız alanı taramanız kullanmadan 3G üzerinden internete yeterli. Cihazda bulunan Intelligent erişebiliyorsunuz. Eğer bir dizüstü Sweep Panorama HR teknolojisini bilgisayar kullanıyorsanız, elektrik kullanarak 42,9 megapiksel (10,480 kesintisi olması durumunda, x 4096 piksel) panoramik görüntü bilgisayarınızın veya MWR211’in elde etmeniz çok kolay. HX100V, batarya ömrü kadar (hangisi daha profesyonelliğe adım atmadan kısa ise o kadar) internete kesintisiz yüksek kalite fotoğraf çekimi erişim sağlamanız mümkün. yapmak isteyenler için ideal. www.zyxel.com www.sony.com 16

Bilim ve Teknik Mart 2011 [email protected] Elektrik Prizinde Fotoğrafçılar Tabletler için Fırça Bilgisayar için Mürekkep Püskürtmeli Her geçen gün yeni bir tablet piyasaya sürülüyor. Resimde gördüğünüz cihaz Yazıcı Pek çok farklı işletim sistemi ile piyasaya sürülen bu tablet 1,2 Ghz Marvell® Sheeva™ işlemciye bilgisayarlarda çizim yapmak isteyenlerin ya parmaklarını ve 512Mb belleğe sahip, ölçüleri Amatör veya profesyonel her kullanmaları gerekiyor ya da özel tablet kalemlerini. sadece 108 mm (uzunluk) x 58 mm fotoğraf sanatçısı için vazgeçilmez Gerçek fırça ile resim yapmak isteyenlerin imdadına Don Lee (genişlik) x 24 mm (derinlik) olan bir ihtiyaçtır sanat eserlerini yetişiyor. Don Lee tarafından tasarlanan ve her birisi tek tek bir bilgisayar: DreamPlug. 2Gb sergilemek. Bunun için kimisi elle yapılan yarı sentetik fırçaları kullanarak gerçek hayattakine yerleşik mikroSD belleğe sahip evinin veya ofisinin duvarlarını benzer resimler yapmanız mümkün. Her türlü“kapasitif” olan bu bilgisayarda 2 adet Gigabit kullanır, kimisi de sergiler açar. ekran teknolojisi ile çalışan Nomad fırçaları Ethernet, 2 adet USB 2.0, 1 adet ile yapılan resimlerden bazı örnekleri, ürünün SATA çıkışı, 1 adet SD kart yuvası, Her iki durumda da dijital fotoğraf web sayfasında görebilirsiniz. wifi ve Bluetooth var. Mikrofon makinesi ile çekilen eserin gerçek girişi ve stereo kulaklık çıkışının kalitesinin kâğıda yansıtılması www.nomadbrush.com yanı sıra S/PDIF optik ses çıkışı da gerekir. Epson R3000 bu ihtiyaç için bulunan bu bilgisayarda eksik tasarlanmış mürekkep püskürtmeli olan tek şey bir grafik kart. bir fotoğraf yazıcısı. 5670 x 1440 dpi Her zaman açık olan bir web baskı çözünürlüğüne sahip olan veya medya sunucusu olarak R3000 ile 33 cm genişliğe kadar kâğıt kullanılabilen DreamPlug, üzerine baskı yapabiliyorsunuz. Rulo yeni fikirler denemek isteyen kâğıt kullanarak 33 cm genişliğinde bilgisayar meraklıları için farklı ve 111 cm boyunda panoromik baskı imkânlar sunuyor. yapmanız da mümkün. R3000 sadece renkli baskılarında değil, gerçek siyah www.plugcomputer.org beyaz fotoğraf baskılarında da iddialı. www.epson.com 17

Elif Demirci Beyin Dalgalarıyla Oyun Oynamak Akıl okumak, telekinezi, beyin dalgalarıyla nesneleri hareket ettirmek kulağa pek bilimsel gelmiyor olabilir. Fakat artık internetten bile kolaylıkla sipariş edebileceğiniz beyin dalgalarını okuyabilen cihazlar sayesinde, düne kadar imkânsız görünen birçok şeyi bugün yapabiliyoruz. 18

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 Berger’in ilk kayıt cihazı oldukça ilkeldir. Ka- İnsanlar uzun süre fareler, joystick’ler, klavye- yıt alabilmesi için, hastaların kafalarına gümüş ler, mikrofonlar, dokunmatik yüzeyler aracılı- teller yerleştirmesi gerekir ki, bu da oldukça zah- ğıyla bilgisayarlarla iletişim kurmanın yolları- metli bir yöntemdir. Günümüzde bu teller çok da- nı aradı. Fakat tüm bu arayüzler, kas sisteminin ha- ha gelişmiş alıcılara dönüştürülmüştür. Berger, reket ettirilmesine dayalıdır. Oysa her zaman böyle yerleştirdiği bu gümüş alıcıları Lippmann Capil- olmak zorunda değildir. Bazen hiç umulmadık bir lary Elektrometre’ye bağlar, fakat istediği sonuçla- ölçüm, farkında olmadığımız verilerin ortaya çık- ra bir türlü ulaşamaz. Daha sonradan piyasaya çı- masını sağlayabilir. İşte o zaman da görünmez ve- kan Siemens’in galvanometresi voltun 10.000’de bi- riler, örneğin beyin dalgaları, EEG (Elektroensefa- ri gibi çok daha kesin sonuçları ortaya çıkardığında, lografi) cihazlarının gelişmesiyle nesne kontrolün- beynin sır kapıları aralanmaya başlar. Berger, elde den oyun sektörüne kadar makinelere müdahale ettiği verileri beyin hasarı yaşayan hastalarını ana- edebilmeye imkân sağlar. liz etmek amacıyla kullanır. Fakat, basit etkileşimler için beyin dalgalarından tam anlamıyla yararlanıl- Beyin dalgalarının keşfi 1924 yılına dayanır, fa- ması 1970’li yılları bulur. Beyin dalgalarıyla kont- kat Hans Berger’i bu meraka sürükleyen çok önce- rol meselesine en çok ilgi gösteren Amerikan hükü- leri yaşadığı garip bir deneyimdir. Hans Berger, ast- metinin Gelişmiş Araştırma Projeleri Ajansı (AR- ronomi eğitimi sırasında okulu yarıda bırakıp askeri PA) olur. Vizyonları, askeri görevler esnasında be- bir göreve başlamaya karar verir. Bir gün, süvariler- yin dalgalarıyla makineleri yönetebilmektir. Dola- le birlikte antrenman yaparken Berger’in atı şahlanır yısıyla, bu alanda en çok yatırım yapanlardan biri ve tam da topçunun önüne tehlikeli bir şekilde dü- de yine ARPA olur. şer. Ciddi bir zarar almasa da, titreyerek olayın şoku- nu atlatmaya çalışırken, çok uzaklarda olan kız kar- deşi aynı anda onun tehlikede olduğunu sezip baba- sına telgraf göndermeleri için ısrar etmektedir. Ber- ger, kız kardeşinin sezgilerinden fazlasıyla etkilenir ve telepatiye takıntılı bir ilgi duymaya başlar. 1897 yılında Jena Üniversitesi’nde doktorasını tamamlar ve 1906 yılında profesör olup üniversitenin psikiyat- ri ve nöroloji kliniğinin başına getirilir. Uzunca bir süre insan beyni üzerinde ölçümleme yaparak sağ- lıklı verilere ulaşmanın yollarını arar. 1924 yılında, Hans Berger insan beyninden ilk kez EEG (elektro- ensefalografi) kayıtlarını almayı başarır ve bu kayıt- lar sayesinde beyinde birden fazla dalga boyu oldu- ğunu da keşfeder. Berger ilk olarak, insanın rahat- lamışken ve gözlerini kapattığında yaydığı 8-12 Hz arasındaki Alfa frekansını bulur. Bu dalga, aynı za- manda Berger Dalgası olarak da bilinir. BBA (Beyin Bilgisayar Arayüzleri) Nedir? BBA, beyin dalgalarıyla makineler arasında ileti- şim sağlayabilecek cihazların tümüne verilen isim- dir. Bu cihazlar sayesinde, beynin ürettiği sinyaller örüntü ve sınıflandırma yöntemiyle kolaylıkla ana- liz edilebilir. Fakat, beyindeki 100 milyar sinir hüc- resinin birbiriyle ilişkisini anlamak ya da zihnin ça- lışma ilkelerini taklit edebilmek için gelişmiş bilgi- sayarların tarih sahnesine girmesini beklemek ge- rekecektir. 19

Beyin Dalgalarıyla Oyun Oynamak profesör Apostolos Georgopoulos, resus maymun- ları üzerinde motor kortekse dair birçok deney ger- Beyin Bilgisayar Arayüzü kavramını tarihte ilk çekleştirir. Amacı maymunların motor korteks nö- kullanan 1973 yılındaki çalışmasında EEG sinyal- ronları ve elektriksel tepkileri arasındaki matema- lerini algılayıp örüntüler üzerinden çözümleme ya- tiksel ilişkiyi bulmaktır. Georgopoulos, maymunla- pılabileceğini ortaya koyan Los Angeles’taki Kali- rın kollarını hareket ettirdikleri yönün aslında bir forniya Üniversitesi’nde (UCLA) bilgisayar bilim- kosinüs fonksiyonuna bağlı olduğunu ortaya çıka- leri profesörü Jacques J. Vidal olur. Vidal, EEG sin- rır. Aynı zamanda, dönemin teknik olanakları bey- yallerini analiz ederek belirli veriler üzerinden bil- nin tek bir bölgesinden kayıt almaya imkân tanıma- gisayara hareket komutları verebilen bir sistem ta- sına rağmen, motor davranışların beynin farklı böl- sarlamıştır. gelerine dağılmış nöron grupları tarafından kontrol edildiğini ortaya atan ilk bilim insanıdır. 1970’li yıllarda Kaliforniya Üniversitesi’ndeki Ulusal Bilim Vakfı ve ARPA’nın desteğiyle beyin- 1990’lara gelindiğinde, BBA üzerine çalışmalar bilgisayar arayüzlerine dair ciddi araştırmalar baş- da hız kazanır. Hem teknolojik imkânların el ver- latılır. Beyin dalgalarını okuyabilmek, özellikle duy- mesi, hem de beyne dair verilerin güçlenmesiy- ma, konuşma ve hareket bozukluğu yaşayanlar için le motor davranışların ve görme sistemlerinin keş- umut vaat eden bir yöntem olur. Beynin, sonradan fine dair çok önemli atılımlar gerçekleşir. Kalifor- yerleştirilen alıcılara yanıt verebilmesi ve esnekli- niya Teknoloji Enstitüsü’nden sinirbilim profesö- ği (plastisitesi) sayesinde uyum sağlayarak doğal iş- rü Richard Andersen, Brown Üniversitesi’nden si- lemlerini sürdürebilmesi, bu alanın hızla gelişmesi- nirbilim profesörü John Donoghue, Neural Sig- ne de imkân tanır. Nöroprostetik (beynin içerisine nals Inc. şirketinin kurucu ve yöneticisi Philip Ken- yerleştirilen protezler) cihazların insan beynine yer- nedy “maymun düşüncesini okumak” fikriyle öne leştirilerek kullanılması ise 1990’lı yılları bulur. çıkan Brezilyalı bilimci Miguel Nicolelis ve Minne- sota Üniversitesi’nden nörobiyoloji profesörü And- Maymunlar, Robot Kolları rew Schwartz tarafından kurulan araştırma grupla- Kontrol Ederken... rı, karmaşık motor davranışları kontrol eden fark- lı nöron grupları üzerinde çalışır. Philip Kennedy Motor davranışları kontrol eden motor korteks ve çalışma arkadaşları maymunlara yerleştirdikleri nöronlarının uyarılması için beynin işlevlerinin de elektrotlarla ilk kabuk içi (intracortical) beyin-bil- keşfedilmesi gerekir. Bu nedenle, beyne yaklaşırken gisayar arayüzünü oluşturmayı başarır. Bu çalışma- disiplinlerarası tarihsel gelişime ihtiyaç duyulma- lardan ilham alan Kaliforniya Üniversitesi’nden si- sı da kaçınılmazdır. 1980’li yıllarda John Hopkins nirbilim profesörü Yang Dan ve çalışma arkadaş- Üniversitesi Bilişsel Bilimler Merkezi’nin yöneticisi ları, 1999 yılında kediler üzerinde yapılan deney- lerde görme işleminin beyindeki nöron karşılıkla- Dalga boyları frekans şeması rını bulur. Algı merkezlerinden biri olarak tanım- lanan “talamus” bölgesine yerleştirdikleri elektrot- Tip Frekans Davranış larla 177 beyin hücresinin retinadan gelen sinyal- (Hz) leri nasıl işlediğine dair çok önemli sonuçlar elde ederler. Deney sırasında kısa filmler gösterilen ke- Delta 4 Hz’e Yetişkinlerin yavaş dalga uykusunda ve bebeklerin dilerin nöron ateşlemeleri kaydedilir. Matematiksel kadar çoğunlukla yaydığı beyin dalgalarıdır. filtreler kullanan ekip, kedilerin gördüğü hareket Kimi sürekli dikkat testlerinde de gözlemlenmiştir. eden nesnelerin ve tanımlanabilir sahnelerin şifre- lerini çözer. Teta 4-7 Hz Rehavet ve uyarılma durumlarında oluşur. Beynin rölanti halinde çalışması olarak da tanımlanabilir. İnsanlar üzerine benzer sonuçlar, Brezilyalı araş- tırmacı Miguel Nicolelis’in çalışmalarına dayanır. Alfa 8-12 Hz Rahatlama ve yansıtma durumlarında oluşur. Gözlerin Beynin büyük bir alanına çoklu elektrotlar yerleş- Beta kapatılmasıyla beyin alfa dalgaları yaymaya başlar. Koma tiren Nicolelis, sinyallerin anlamlarını ve neyi tem- Gama durumundaki hastaların da yaydığı beyin dalgalarıdır. sil ettiklerini bulmayı hedefler. İlk çalışmalarını fa- Mu reler üzerinde yapan Nicolelis ve çalışma arkadaşla- 12-30 Hz Uyarılma ve çalışma halinde oluşur. Uyarılmış, meşgul, rı, maymunların robotik kolları kontrol edebileceği aktif konsantrasyon durumlarında yayılan beyin ilk beyin-bilgisayar arayüzlerini de oluşturan ekip- dalgalarıdır. tir. Çalışmaları, maymunların yakalama ve ulaşma 30-100 Çapraz algı anlarında ortaya çıkar. + Hz Örneğin, ses ve görme algılarının bir arada kullanılmasıyla oluşur. 8-13 Hz Ayna nöronlarıyla ilişkilendirilir. Motor nöronlarının rahatlaması durumunda ortaya çıkar. Mu dalgalarındaki baskılamanın otizm ile ilgisi olabileceği düşünülmektedir. 20

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 leri çözümlemek için yıllar boyunca geliştirilmiş çe- gibi gelişmiş el yeteneklerini kullanarak, robot kol- şitli algoritmalar uygulanır. Böylece beyin dalgaları larını hareket ettirmeye yöneliktir. Böylece may- tanımlanabilir bir veriye dönüştürülür ve çeşitli ara- munların, sadece beyin dalgalarıyla robot kolları- yüzler aracılığıyla kullanılabilir duruma gelir. nı hareket ettirmesine de imkan sağlar. BBA Nasıl Çalışır? Beyin ve Dalga Boyları BBA’ların yapılması, beynin yaydığı sinyalleri EEG cihazları, beyin dalgalarını frekans aralıkla- okuyabilen alıcıların kullanıldığı EEG cihazları sa- rına göre okur. Bu frekanslar: yesinde mümkün olmuştur. Beyinde iki türlü ileti- şim vardır: Kimyasal ve elektriksel. Her ikisinin de Beyin Dalgalarıyla Robotik Kontrol: 2000’ler izlenebilir etkileri vardır ve bu verileri EEG aracılı- maymunların kontrol kolu kullanarak bir yiyece- ğıyla elde etmek de pekâlâ mümkündür. BBA beyin- ğe ulaşabildiği arayüzlerin geliştirildiği dönem- deki elektriksel hareketlerle ilgilenir; bu elektriksel ler olur. Gerçek zamanlı ya da internet protokolü hareketler, nöronların eylem potansiyellerinin tetik- üzerinden çalışan BBA sayesinde, maymunlar ha- lenmesi ve aksonlar boyunca iletilmesi ile ortaya çı- reket eden kolu görmeseler ya da herhangi bir ge- kar. Kafatası üzerine yerleştirilen sensörler, beynin ri bildirim almasalar da robot kolu istenildiği gibi içerisinde gerçekleşen bu elektriksel etkinliği tespit hareket ettirebilir duruma gelmişlerdir. Bu da açık- edebilir. Fakat bu sinyallerin tespit edilmesi, bir EEG döngülü BBA modellerinin ilk örneklerinin orta- verisinin etkin olarak bir arayüzde kullanılması için ya çıktığı anlamına gelir. Özellikle Kaliforniya-Ber- elbette yeterli değildir. Beyin, bir gürültü havuzu- keley Üniversitesi’nde elektrik mühendisliği dalın- dur. Elektriksel aktivitelerden elde edilen veriler, sa- da Asistan Profesör olarak görev yapan Jose Car- nılacağı gibi bir fotoğraf makinesiyle elde edilmiş gi- mena ve çalışma arkadaşları, maymunların robot bi net ve berrak değildir. Aksine, okuması oldukça kolları kullanarak istenilen nesneye ulaşma ve kav- güç ve müthiş gürültülü dalgalarla karşılaşmak çok ramalarını sağlayan sinirsel programlamaları saye- olasıdır. Bu nedenle, sinyallerin işlenmesi ve okuna- sinde, beyin bilgisayar arayüzlerinde çığır açan bir bilmesi için bilim insanları çeşitli yöntemler geliştir- dönemi başlatmıştır. Aynı dönemde Duke Üniver- miştir. Örüntü tanımlama ve sınıflandırma adı veri- sitesi Nörobiyoloji Bölümü’nde araştırmacı olarak len bu yöntemler, bir önişlem olarak da düşünüle- çalışan Mikhail Lebedev de beyin ağlarının ve du- bilir. Beyin verisi sinyali alındıktan sonra, bu bilgi- dak hareketlerinin okunmasıyla çok daha yeni bir nin içindeki örüntüler tanımlanır ve toplanan veri- robotik dönemin yolda olduğunun habercisi olur. 21

Beyin Dalgalarıyla Oyun Oynamak dahil olmak üzere birçok deneme yapılmış durumda. Dolayısıy- la beyin dalgalarını kullanarak çok çeşitli deneyler yapma imkânı BBA teknolojisinin en problemli taraflarından biri, alıcıla- artık evlerimize kadar ulaşmış durumda. Üstelik bunun için çok rın beyin sinyallerine dair güvenilir, kesin ve sağlam bilgiler ver- ciddi bir bilimsel altyapıya da gerek yok. Emotiv Systems dışında, mekten henüz yoksun olmasıdır. İnsan metabolizmasının değişi- beynin yalnıca farklı 2 dalgasını ölçerek oyun sektöründe isim mi bile bu sinyallerin verilerini etkilemek için yeterli bir sebeptir. yapmaya çalışan bir başka firma daha var: NeuroSky. Dolayısıyla, önümüzdeki 20 yılda çok daha güçlü alıcıların üre- tilmesi ve BBA kullanılarak yeni iletişim yöntemlerinin gelişti- NeuroSky: MindSet: NeuroSky’ın Mindset adını verdiği tek- rilmesi öngörülüyor. Fakat şimdilik, laboratuvardan çıkıp halkın nolojisi, Emotiv’in aksine çok daha basit bir tasarıma ve teknolo- tüketimine ulaşan farklı iki cihaz var: Emotiv Epoc ve NeuroSky jiye sahip olmasına rağmen, çok büyük bir oyun firmasıyla işbir- Mindset. liği sayesinde piyasada çok daha hızlı adını duyurmuş durumda. Özellikle, StarWars markası altında ürettiği ve alfa-beta dalgaları Emotiv Systems: Epoc Headset: Emotiv Systems, EEG tekno- arasındaki konsantrasyona yönelik ölçüm uygulayan “Star Wars lojisini kullanarak BBA’lar üzerinde çalışan Avustralya merkez- Force Trainer” adlı oyuncağıyla yeni nesil çocukların kafasında li bir şirket. 2003 yılında sinirbilim profesörü Alan Snyder, yonga yer etmeye başladı bile. tasarımcısı Neil Weste ve teknoloji girişimcisi Tan Le tarafından kuruldu. Özellikle oyun sektörü için çığır açıcı bir teknoloji ola- NeuroSky, 2004 yılında San Jose’de Stanley Yang tarafından rak öne sürdükleri Epoc’un bilim kurgu filmlerini andıran tasa- kurulan, Kaliforniya merkezli bir BBA şirketi. Bünyesinde iş rımı, Sydney merkezli, endüstri ürünleri tasarlayan 4Design’a ait. adamlarından mühendislere, bilim insanlarından araştırmacıla- Yüz hareketlerini ve beynin farklı 4 dalgasını algılayabilen Epoc ra kadar çok çeşitli insanlar çalışıyor. Amaçları da EEG teknoloji- için, aynı zamanda açık kaynaklı uygulama geliştirmek de müm- sini kullanarak hem çok uygun fiyatlara satın alınabilir bir cihaz kün. yaratmak, hem de oyun ve oyuncak sektörüne girerek yeni nesil çocuklara “joystick”ler yerine alternatif bir arayüz sunmak. Şim- Epoc’ta 14 elektrot (standart tıbbi EEG cihazının üzerinde dilik ürünlerini doğrudan kullanıcılara satmayı düşünmüyorlar. 19 adet bulunur) ve kafa hareketlerini ölçmek için bir de jiros- Bunun yerine ürün geliştiricilere ve lisanslı yazılım uygulamacı- kop (gyroscop) var. Cihazın en problemli tarafı, düşüncelerini- larına yönelmiş durumdalar. Fakat piyasaya çıkardıkları farklı iki ze uyum gösterebilmesi için bir süre egzersiz yapmanızı gerektir- oyuncak aracılığıyla bu ürüne ulaşmak mümkün. mesi. Epoc, çeşitli kategorilerde birbirinden farklı veri elde ede- biliyor. Bunlar: Tansy Brook: NeuroSky İletişim Direktörü 1. Bilinçli Düşünceler: Farklı 12 hareket düşünüyorsunuz. Mindset, artık medya sanatçılarından oyun geliştiricilerine Bunlar sağ, sol, aşağı, yukarı, ileri ve yakınlaşmak (zoom) olmak kadar birçok insanın yeni oyuncağı. NeuroSky’ın İletişim Di- üzere 6 farklı yön hareketi ve saat yönüne, saat yönünün tersi- rektörü Tansy Brooks, bu teknolojinin çalışma ilkelerini, hedef- ne, sağa, sola, ileriye ve geriye eğilmek olmak üzere 6 farklı dö- leri ve BBA’nın geleceğini anlattı. nüş hareketi. Cihaz ayrıca Mu (µ) frekanslarının da (8-13hz ara- sındaki dalga boyu) okunmasıyla görsel sinyali de tanımlayabil- NeuroSky Teknolojisi ThinkGear’ın içindeki eSenses me yeteneğine sahip. MindSet algoritmaları, beyindeki dikkat ve Nasıl Çalışıyor? meditasyon halindeki dalga frekanslarını 2. Duygular: Epoc heyecan, sıkıntı, hayal kırıklığı gibi duygu okuyarak çalışıyor ve aldığı bilgiyi durumlarını da ölçebiliyor. Duyguların isimleri her ne kadar du- ThinkGear, tüm NeuroSky ürünlerinin sayısal bir sinyale dönüştürerek rumu berrak bir şekilde tanımlayamasa da, şimdilik güçlü bir id- içinde yer alan ve beyin dalgalarını işliyor. Sonrasında, sinyaller genellikle dia olarak sistemin tanımları arasında yer alıyor. Henüz firma ta- okumaya yarayan bir teknoloji. bilgisayara olmak üzere çeşitli rafından böyle bir uygulamanın kanıtı gösterilebilmiş değil. Alna yerleştirilen bir alıcı, veriyi cihazlara aktarılabiliyor. Tüm sistemin işleyen tümleşik bir çipten ve kulakları çalışmasını sağlayan ara birim olan 3. Yüz Hareketleri: Yüz hareketlerinin okunması, beyin dal- referans bölgesi olarak alan bir MindSet, aynı zamanda beyin dalgası galarının okunmasıyla değil EEG alıcılarının yüz kaslarının ha- kulaklıktan oluşuyor. İnsanın dikkat verilerini (kas hareketleri de dahil reketlerini tespit edebilmesiyle mümkün oluyor. Epoc kaş ve kir- ve meditasyon hallerine“eSenses” olmak üzere) aktarabilme yeteneğine pik pozisyonları, gözün yatay düzlemdeki hareketleri, gülümse- adını veren Neurosky, beyin dalgalarını sahip. Bu tür veriler, bir EEG cihazının me, gülme, yüzü sıkma ve sırıtma gibi hareketleri algılayabiliyor. ThinkGear çipi sayesinde okuyabiliyor. algıladığı tüm dalga boylarını içeriyor Emotiv Systems, ürünün bir sonraki sürümüne daha fazla yüz (alfa, beta, teta, gama) ve çoğunlukla hareketi eklemeyi düşünüyor. ürün geliştiriciler tarafından kullanılıyor. 4. Kafa Hareketleri: Kafanın döndürülmesini okumak henüz cihazın yetenekleri arasında değil. Ölçme, daha çok kafanın rota- sı ve bulunduğu noktaya dair yapılabiliyor. Bu da, Epoc’un içine yerleştirilmiş bir jiroskop sayesinde oluyor. Emotiv’in Epoc teknolojisiyle yapabilecekleriniz aslında yep- yeni dünyalara açılmanızı sağlayabilir. Onlar her ne kadar oyun endüstrisi üzerine odaklanmış olsalar da, şimdiden cihazı kulla- narak müzik yapmak, bulunulan ortamın ışıklarını kısıp açmak 22

MindSet, bilgisayarla iletişim kurmak için Blu- <<< Bilim ve Teknik Mart 2011 etooth seri protokolünü kullanıyor ve böylelikle mizi uygulayabilecekleri inanılmaz fikirleri var. Biz ürün geliştiricilerin bilgisayar ve diğer cihazlar için bir teknoloji platformu sağlıyoruz ve kendi ürün- 1982 doğumlu. uygulama geliştirmesine de imkân veriyor. lerinin uzmanları olan ortak firmalarla çalışıyoruz. Mimar Sinan Güzel Sanatlar Örneğin, oyuncakta Mattel, tüketici elektroniğinde Üniversitesi’nde NeuroSky, BBA’nın Geleceğini Toshiba, oyun sektöründe Square Enix. sosyoloji okudu. Boğaziçi Nasıl Değerlendiriyor? Üniversitesi’nde, Bilişsel NeuroSky’da Hangi Disiplinlerden Bilimler dalında yüksek Gelecekte BBA, günlük hayatımızla bütünleşmiş İnsanlar Çalışıyor? lisansa başladı, bitirmedi. olacak ve etrafımızdaki cihazları zihnimizle kont- Okul hayatı boyunca rol edebilmemize imkân verecek. Makineleri zihin- Mühendisler, araştırmacılar, pazarlamacılar ve makinelere, yazılımlara ve sel durumlarımız ve duygularımıza uyarlamamı- satışçılar. Daha çok mühendislik odaklı bir şirketiz. zihne ilgi duydu. 2000’den zı sağlayacak, kendimiz ve zihnimiz hakkında çok itibaren bazı teknoloji daha fazla bilgi edinmemize yardımcı olacak. Neu- NeuroSky’ın Bu Alanda firmalarında çalıştı. roSky, gelecek 10 yılda sağlık, eğitim, otomotiv, gü- Karşılaştığı Zorlukları Nelerdir? 2004’ten beri çeşitli internet venlik, oyunlar ve oyuncaklar alanında ciddi çalış- sitelerinde ve dergilerde malar gerçekleştirmeyi düşünüyor. Ortaklarımızla Bizim için en zoru, sensörlere jel sürmeden, ku- yazıyor. Bir yandan da, BBA’yı yeni çıkan cihazlarla bütünleştirmeye çalışı- ru olarak kullanma problemini çözmeye çalışmak teknoloji/sanat/etkileşim yoruz. Örneğin, eve geç döndüğünüzü ve arabanızı oldu. Ayrıca beyindeki gürültüyü filtreleyip temiz odaklı “nerdworking” kullanırken yolda uyuyakaldığınızı düşünün. Böy- bir veriye ulaşmak da işin en büyük zorluklarından. kolektifinin ortağı ve le bir durumda, arabanız yorgun ve uykulu olduğu- Tabii bir de, yalnızca uzmanların değil, herkesin bu teknoloji projeleri yönetiyor. nuzu algılayıp kendini yolun kenarına çekip alarm teknolojiyi kullanabileceği bir algoritma yaratma- vermeye başlayabilir. Gelecekte, BBA’nın gücünden ya çalıştık. Gelecekte, sinirbilim geçmişi olmayan etkilenmeyen çok az endüstri olacaktır. ürün geliştiricilere çok daha fazla imkân tanıyan al- goritmalar eklemek istediğimizde karşılaşabileceği- Bu Teknolojiyi Ne Kadar İleriye miz zorluklar olabilir. Cihaz üzerindeki alıcıları da- Taşımayı Planlıyorsunuz? ha kusursuz hale getirmek ve kullanıcı dostu ama çoklu alıcılara sahip bir ürüne dönüştürmeye çalış- Bir şeyleri yapmadan bilmek şimdilik imkânsız. mak da olabilir. Şimdilik çok hızlı ve iyi ilerliyoruz Özellikle de elinizde böyle bir teknoloji varsa. Sü- ve gelecek sene bu yenilikleri duyurmayı planlıyo- rekli yeni bir araştırmacı ya da yeni endüstrilerden ruz. Çok uçlarda bir teknoloji olduğu için, insan- ortaklarla karşılaşıyoruz ve hepsinin de teknoloji- ların tam olarak anlaması zor oluyor. İnsanlar da- ha çok dijital cihazlarla haşır neşir olmuşlar ve be- yin bu anlamda analog kalıyor. Örneğin, Matter Mindflex’i ilk piyasaya sürdüğümüzde, insanlar ci- hazın beyin dalgalarını okuduğuna bir türlü inan- mak istemedi. Çünkü onlar için böyle bir şey ne- redeyse imkânsız, hatta büyü gibi. Fakat ürün yay- gınlaşmaya başladıkça, herkes deneme şansına eriş- ti ve böyle bir şeyin mümkün olduğuna ikna olma- ya başladı. Bizim açımızdan teknolojimizin kapasi- telerini ve limitlerini görebilmek için iletişim kur- mak çok önemli, ancak o zaman ileriye gitmek için anlamlı adımlar atabiliriz. KBearygnear,kTla.,rChapin, J., Gerhardt, G., McFarland, D., PEofamtghoeelt,iMvJ.,HiTnehdae/dBLsrieamti,nihtIstntoptfe:/Dr/fwarecwae,mwA.:ecAmadSoectmiievn.icctoiPfmirceEssx,p2l0or0a8t.ion BBPImrreaerpsiglnsae,nrC2,t0Toa0m.b,5lTep.ouEwtleearcrtIdrnotrneeirpcflsaacAceessm,NSeepnurtirnPaagl erPtrrsoSoscftihtehenseceeBs,,rT2a0hin0e:8M. IT NeuroSky, http://neurosky.com 23

Zeynep Ünalan Dr, Bilimsel Programlar Uzmanı, TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi KDainlaabmaliığkiların Günlük hayatta bazen planlayarak bazen planlamadan kalabalığa dahil oluyoruz. Sokaklarda yaya olarak, trafikte sürücü ya da yolcu olarak. İşyerlerinde, okullarda, alışveriş merkezlerinde tanımadığımız birçok insanla sözsüz de olsa ne kadar çok iletişime geçiyoruz. Genelde huzurlu bir şekilde gerçekleşen bu kolektif iletişim, birden kaosa dönüşebiliyor. Hınca hınç dolu bir stadyumda bir konser ya da bir futbol maçı izlemiş, stadyum çıkışı sakin sakin ilerleyen insan selinin birden itişip kakışan bir insan yığınına dönüştüğüne şahit oluyoruz. Her yıl dünyanın birçok yerinde kontrolden çıkan kalabalıklar içinde yaralananlar ve ölenler oluyor. Bir yangın alarmı üzerine çıkışlara koşan insanlar birbirlerini ezip geçebiliyor. O durumlarda, içinde bulunulan mekânın mimarisi, çıkışları ve tahliye stratejileri ne kadar düşünülerek, planlanarak yapılmış olursa olsun facialar önlenemeyebiliyor. Bilim insanları uzun yıllardır kalabalıkların dinamiğini anlamak için çeşitli modeller geliştiriyor ve kalabalıkların panik durumlarında nasıl davranışlar sergileyeceğini önceden belirlemeye çalışıyor. Bilim insanları genelde kalabalıkların dinami- ğini çok parçacıklı fiziksel bir sisteme benze- larınca inceleneceği laboratuvar deneylerinin zor ve terek anlamaya çalışıyor. İnsan kalabalıkları- riskli olması. Riskli olsa da zaman zaman böyle de- neyler yapılması gerekmiş. Örneğin uçak tasarımcı- nın davranışları gaz ve sıvı moleküllerinin davranış- larının yaptığı tasarımlar acil durum tahliye testle- larına uyarlanıyor. Bu kavramsal yaklaşımlar kulla- rinden geçmek zorunda. Airbus 380 için yapılan test- nılarak kalabalıkların bilgisayar simülasyonları, arka te 900 yolcudan 30’u -biri ağır olmak üzere- yaralan- planda çok parçacıklı sistem dinamiğini işleten bil- mış. Gerçek deneylerden mümkün mertebe kaçınıl- gisayar modelleri geliştiriliyor. Bu modellerin tercih dığı için, geliştirilen modeller genellikle bina içlerine edilmesinin en büyük sebebi bir sürü insanın bir ara- ve dışına yerleştirilen, trafik kontrolünde kullanılan ya getirilerek nasıl hareket ettiklerinin bilim insan- video kameraların kayıtlarıyla karşılaştırılıyor. 24

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 Kalabalıklar nasıl modelleniyor? şünebilirsiniz. Ancak bu durum atmosfer, sıvılar, tektonik tabakalar hatta ekonomi gibi başka birçok Bu modeller her yerde ve her zaman işlemiyor. sistem için de geçerli. Bu tür sistemlere lineer ol- Tabii ki temel neden matematiksel modellerde in- mayan sistemler deniyor. Bu sistemler lineer olma- san psikolojisi faktörünün denklemlere dahil edi- yan matematik denklemleriyle formülleştiriliyor. lememesi. İnsan davranışları düzensiz ve tam ola- Garip bir şekilde bilim insanları bu denklemlere rak öngörülemez. Aynı koşullardaki iki insan ta- genellikle her bir etmeni (yani sistemin her parça- mamen farklı davranabilir. Tek tek yayaların hare- sını) ayrı ayrı simüle ederek ulaşıyor. Pratik uygu- ketleri veya bir topluluktaki her bir bireyin davra- lamalar için daha elverişli olduğundan bu yöntem nışı ayrı ayrı hesaplanıp toplandığında sonuçta ka- tercih ediliyor. Etmen-tabanlı modeller (agent-ba- labalığın topluca gösterdiği davranış elde edilemi- sed models) adı verilen bu modellerle, özellikle ya- yor. Diğer bir değişle her bir parçacığın dinamiği yaların davranışı başarılı bir şekilde bilgisayar si- birbirine eklenerek sistemin dinamiğine ulaşılamı- mülasyonuna dökülebiliyor. yor. İnsan faktörü, yani kişisel kararlar ve psikolo- ji işin içine girdiği için bunun böyle olduğunu dü- 25

Kalabalıkların Dinamiği Sosyal Kuvvet Modeli biliyor. Örgütsel davranışlar sürtünme etkilerini orta- Hücresel otomat modellerde dan kaldırarak enerji tüketimini azalttığı, gecikmele- bir hücre içine yerleştirilmiş Etmen-tabanlı modellerden en bilineni Dirk re engel olduğu için normal durumlarda avantajlı olsa insan ve oklarla belirtilmiş Helbing’in sosyal kuvvet modeli. İnsanların yolda iler- da bazı durumlarda tehlikeli olabiliyor. Kitle psikolo- yönde yer değştitrerek lerken maruz kaldığı sosyal kuvvetleri dikkate alan bu jisi olarak da yorumlanabilen kendi kendini örgütle- geçebileceği diğer hücreler. model, aslında grup dinamiğinin kurucusu kabul edi- me, özellikle izdiham söz konusu olduğunda irrasyo- len, toplumsal psikoloji alanındaki çalışmalarıyla bi- nel bir davranış olarak ortaya çıkıyor ve kötü sonuçlar 26 linen psikolog Kurt Lewin’in 1950’lerde öne sürdüğü doğurabiliyor. Birçok insan böyle durumlarda önün- sosyal alanlar kuramına dayanıyor. Lewin’e göre insan deki kalabalığı izleme eğilimi gösteriyor, örneğin bir- davranışı kişiliğin ve çevrenin matematiksel bir fonk- çok çıkıştan sadece birine yöneliyor ve bu süreçte di- siyonu. İnsan çevreden gelen duyusal bir uyarana kar- ğer çıkışları göz ardı ediyor. Etmen-tabanlı modeller şı geçmiş deneyimlerine ve o an içinde bulunduğu du- ayrıca kalabalıkların daralan yollardan geçerken sağa rumu nasıl algıladığına bağlı olarak kişisel hedeflerine sola yalpalanmasını da açıklıyor. uygun bir davranışsal tepki veriyor. Dirk Helbing çok karmaşık durumlarda bu tepkinin kestirilmesi zor ol- Hücresel Otomat Modeller sa da, yolda ilerleyen yayalar için bu tepkinin o kadar karmaşık olmadığını ve tahmini (stokastik) davranış Dar yollardaki insan akışından sürü davranışına modelleri geliştirilebileceğini savunuyor. kadar birçok gözlemi başarılı bir şekilde açıklayan bir başka model türü de taban-alanı (floor-field) model- Lewin’in insan davranışlarının sosyal alanlar ta- ler. Taban-alanı modeller, sosyal kuvvet modelinde rafından yönlendirildiği fikrini yayalara uygulayan olduğu gibi klasik fizikteki kuvvet tanımına olduğun- Helbing’in diferansiyel denklemi dört kısımdan olu- dan ziyade, kuantum alan kuramındaki kuvvet olgu- şuyor. Birinci kısım her bir yayanın hedefine en ra- suna daha yakın bir yaklaşım getiriyor. Bu modeller- hat nasıl ulaşabileceği bilgisini taşıyor. İster atılan de yaya arkasında bir iz bırakıyor. Bazı bakterilerin, bir top olsun ister bir foton, tüm fizik sistemleri ola- sı tüm yolların arasından en etkin olanı seçiyor. Fi- zik yasalarının doğasında bulunan “en az eylem” ilke- sinin insanların da doğasında bulunduğundan hare- ketle, her bir yayanın kendisi için en kısa ve en etkin yolu seçmesi formülün ilk terimini oluşturuyor. İkin- ci terim her bir yayanın diğer yayalarla ve yoldaki en- gellerle arasında belli bir mesafe tutma çabasını yan- sıtıyor. Sosyal psikoloji, bu noktada fiziğin tersine işli- yor. İnsanların yolda yürürken birbirinden sakınma- sı parçacıklar arası çekim kuvvetine ve Newton yasa- larına uymuyor. Her etkiye belli bir tepki de söz ko- nusu değil. Yine de insanın yolda giderken arkadaşı- na rastlaması ya da o sırada yol kenarında gerçekle- şen bir sanat gösterisine doğru yönelmesi gibi çeki- ci sosyal kuvvetler de denkleme katılıyor. Denklemin bu üçüncü kısmında, kişi yaklaştıkça çekici kuvvetin azalması da dikkate alınıyor. Son olarak bir yayanın arkasında gerçekleşen olaylardansa önünde gerçekle- şen bir olaydan daha çok etkilenmesi hesaba katılıyor. Sonuçta, sosyal kuvvet modeli aynı doğrultuda ilerleyen insanların bir süre sonra arka arkaya dizil- mesi, zıt yönde ilerleyen iki kalabalık grubun kollar oluşturarak birbirlerinin yanından, birbirlerine sür- tünmeden geçmesi gibi durumları, kısacası kalabalık- ların kendi kendini örgütlemesini, başarılı bir şekil- de açıklıyor. Lineer olmayan sistemler, sistemi oluş- turan parçalar birbirine girift bir şekilde bağlı oldu- ğundan, böylesi örgütsel davranış biçimleri sergileye-

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 reye geçiyor. Bunlar gibi geçiş kuralları dışında, her organizmaların ve böceklerin önlerindekinin bıraktı- araştırmacı kendi hücresel otomat modeline kendi sı- ğı kimyasal izi takip etmesine benzeyen bu modelde nırlamalarını getirip modeli geliştirebiliyor. Örneğin de, arkadan gelen yayalar sanal ayak izini takip etme Köln Üniversitesi’nden C. Burstedde, K. Kauck, A. eğilimi gösteriyor. Aslında bu model, bilgisayar dilin- Schadschneider ve J. Zittartz yayaları mutlu ve mut- de hücresel otomat (cellular automat) denilen mo- suz olmak üzere iki gruba ayırıyor. Mutlu yayaların dellere benziyor. Bu modellerde yayaların bulundu- hedeflerine doğru daha kararlı ilerlediği, mutsuz ya- ğu geniş alan ya boş ya da sadece bir yayanın yerle- yaların ise daha rastgele hareket ettiği bir faktörü mo- şebileceği 40 cm × 40 cm’lik hücrelere ayrılıyor. Yani dellerine ekliyorlar. Hücresel otomat modeli araç tra- alan satranç tahtası gibi karelere ayrılıyor. Her bir ka- fiğine de 90’lı yılların başında K. Nagel ve M. Schrec- reye (hücreye) potansiyel alan atanıyor. Her bir hüc- kenberg tarafından başarılı bir şekilde uygulanmış. renin potansiyeli farklı. Örneğin bir hücre çıkışa ne Yine ilginç taban-alanı modellerinden biri A. Kirc- kadar uzaksa potansiyeli o kadar düşük. Eğer bir ya- hner ve A. Schadschneider’e ait. Araştırmacılar mo- yanın önündeki hücreden önceden bir sürü yaya geç- delleri için parçacık fiziğinden esinlenmiş. Nasıl ato- maltı parçacıkların birbirleriyle etkileşimi bozon de- nilen parçacıklarla sağlanıyorsa, bu modelde de hüc- re üzerindeki insanlar hücre üzerindeki bozonlar ara- cılığla haberleşiyor. Yukarıda bahsettiğimiz potansi- yelin yerini burada bozon alanı alıyor. İnsanlar her bir hücre üzerindeki bozon alanı yoğunluğunu dikkate alarak kendileri için en uygun hücreye geçiyor. Bura- da insanlar da fermiyonlar gibi düşünülüyor. Nasıl iki fermiyon aynı kuantum enerji seviyesinde bulunamı- yorsa, iki insan da aynı hücreyi işgal edemiyor. mişse her bir yayanın bıraktığı sanal iz o hücrenin po- Kalabalıklar Akışkanlar tansiyelini artırdığı için o hücrenin potansiyeli yük- Mekaniğiyle Anlaşılabilir mi? sek oluyor. Tüm yayalar düşük potansiyelli hücreler- den yüksek potansiyelli hücrelere doğru hareket edi- Yayaların hareketini ilk olarak akışkanlar mekani- yor. Tabii işin içine olasılıklar giriyor. Herhangi bir ği denklemleriyle açıklamaya çalışan Le Roy F. Hen- hücreyi hedef belirleyen birden çok yaya varsa, o hüc- derson olmuş. Henderson 1971’de Nature dergisin- reye geçme olasılığı en yüksek olan yaya hücreye geç- de yayımlanan makalesinde akışkanın hızının basınç, me hakkı kazanıyor. Hücre doluysa ikinci bir yaya- sıcaklık, vizkozite (ağdalılık) ve yoğunluk ile ilişkisi- nın o hücreye geçme olasılığı sıfır. Belli bir boş hüc- nin denklemi olan Navier-Stokes denklemlerini ya- reyi bir tek yaya hedef edindiyse hamle yapıp o hüc- yaların akışına uygulamış. Bu yaklaşım kabul gör- müş ve sonrasında trafik akışlarının modellenmesin- de de sıkça kullanılmış. 1998 yılında Boris Kerner Al- manya’daki otoyollara yerleştirilmiş video görüntüle- rini inceleyerek elde ettiği verilerin sonuçlarını Physi- cal Review Letters’ da yayımlamış. Kerner trafik akı- şını üç faza ayırıyor. Birinci faz trafik yoğunluğunun az olduğu, araçların manevra kabiliyetlerinin fazla ol- duğu, gaz molekülleri gibi serbestçe davranabildikle- ri evre. Trafik yoğunluğu artıp da araçlar birbirleri- ne daha yakın olduğunda, trafik de sıvıların akışına benzer bir şekilde akmaya başlıyor. Tahmin edeceği- niz gibi, trafik daha da yoğunlaştığında ortaya çıkan durum katı fazı andırıyor. Araçların topluca hareket ettiği bu fazda, araçlar birbirine daha bağımlı hale ge- liyor. Bilim insanları akışkanlar dinamiğini kullana- rak faz geçişlerinin gerçekleştiği kritik yoğunlukları tespit edebiliyor. 27

Kalabalıkların Dinamiği Yayaların ve araçların akışına uygulanan denk- İnsan kalabalıkları normal durumlarda akışkanlar lemlerden biri de akışın, yoğunluk ve yoğunluğun gibi davranırken aşırı yoğunlukta kum veya tuz gibi bir fonksiyonu olan ortalama hızın çarpımına eşit tanecikli yapılar gibi akıyor. Kritik yoğunlukta yaşa- olarak verildiği eşitlik. Bu eşitlik trafiğe uygulandı- nanlar türbülans akışından çok, bir heyelan sırasın- ğında yüksek trafik yoğunluğunda akış sıfıra yak- da meydana gelen çığa benziyor. Bir yığın kumun dar laşıyor ve trafik tıkandığında sıfır değerini veriyor. bir bölgeden geçmeden hemen önce oluşturduğu ka- Ancak yayalar için durum farklı. Akan insan kala- vis gibi, acil çıkış kapılarında yoğunlaşan insanlar da balıkları, insan yoğunluğunun az olduğu durumlar- tam çıkış noktasında kavis oluşturuyor. Yine de in- da gaz molekülleri gibi, daha fazla olduğu durum- san akışının nasıl tıkanıklığa dönüştüğünün mekani- larda Newton tipi -yani düzgün akan bir sıvının akı- ği tam olarak anlaşılmış değil. şı gibi- davranıyor. Ancak kalabalıklar için hiçbir za- Yüksek yoğunluktaki insan man akışın durduğu bir yoğunluk seviyesi söz konu- kalabalıklarının da tanecikli su olmuyor. Yoğunluğun çok arttığı durumlarda pa- yapılar gibi dar bir nik yaşanıyor ve insan hareketleri düzensiz ve rast- boğazdan geçerken kavis gele bir hal alıyor. Bu size bazı sıvı akışlarında görü- oluşturdukları gözleniyor. len türbülansı anımsatabilir. Ama türbülansın me- kaniği daha tam olarak anlaşılmadığı için kalabalık- 28 ların dinamiğine de uygulanamıyor. Örneğin yük- sek Reynold sayısı olan bir sıvıda görülen eddy dal- gaları insan kalabalıklarında gözlenmiyor. Bir sıvı- nın içindeki eylemsizlik kuvvetlerinin sıvının ağda- lılığına neden olan vizkoz kuvvetlere oranı olarak tanımlanan Reynold sayısı büyükse, o sıvı hız deği- şimine ve basınca daha çok direnç gösteriyor ve ani hız ve basınç değişimleri sıvıda türbülans oluşumu- na neden olabiliyor. Bu durumda, düzenli akan sıvı birden düzensiz akmaya başlıyor. İnsan kalabalıkla- rında ve trafikte de benzer olgular görülse de türbü- lanslı sıvı mekaniğiyle örtüşmüyor.

<<< Bilim ve Teknik Mart 2011 Kalabalıkların Türbülansı: Panik bir değere ulaştığını gösteriyor. Futbol stadyumların- da yaşanan facialardan sonra çelik parmaklıkların bü- İnsan kalabalığının bir noktada nasıl tıkandığı ko- küldüğü gözleniyor. Yerden 70 cm yüksekteki ve 5 cm nusunda en bilinen çalışmalardan biri Dresten Tek- çapındaki çeliği bükmek için gereken kuvvetin yakla- noloji Üniversitesi’nden Dirk Helbing ve Anders şık 460 kiloluk bir ağırlığın uyguladığı kuvvete eşit ol- Johansson’a ait. Helbing ve Andersson şeytan taşla- duğu düşünülünce, insanların panik durumlarındaki maya gitmek için aynı anda yüzbinlerce hacının geçti- davranışlarının neden irrasyonel olarak nitelendiril- ği Cemalat köprüsünde 2006 yılında yaşanan facianın diğini anlamak zor değil. video kayıtlarının analizini yapıyor. Köprüye doğru ilerleyen her hacının hızını ve konumunu belirleyen Helbing ve Andersson’un çalışması neticesinde bir bilgisayar algoritması kullanıyorlar. Araştırmacı- hazırlanan görüntü tanımlama yazılımı Suudi Ara- lar yerel insan yoğunluğu metrekare başına 6 insana bistan hükümeti tarafından Hac güzergâhındaki bel- çıktığında akış hızının 3 kat azaldığını tespit ediyor. li noktalara yerleştirilmiş. Kalabalığın basıncı bel- Bu sayı 7’ye çıktığında ise, o ana kadar giderek azalan li noktaya ulaştığında görevliler kalabalığı yönlendi- bir hızla da olsa akan kalabalık birden yeni bir evreye rerek izdihamı engellemeye çalışıyor. Benzer bir pro- giriyor. Araştırmacılar bu evreyi “dur-git” fazı olarak je ile Almanya’da kalabalık mekânlara, örneğin fut- adlandırıyor. Dakikalarca devam eden bu sürede in- bol stadyumlarına yerleştirilen video kameraların gö- sanlara kuş bakışı bakıldığında ortaklaşa durup kal- rüntülerinin bilgisayara aktarılıp değerlendirilmesi kan insanlar ilerleyen bir şok dalgası olarak görülebi- ve mekânda görevli kişilerin bu bilgilere her an ulaş- liyor. “Dur-git” fazının başlamasından tam 30 dakika masının sağlanarak kalabalığı müsait çıkışlara yön- sonra tehlikeli olan üçüncü ve son evreye giriliyor. İn- lendirmesi hedefleniyor. Helbing ve Anderson baş- sanlar artık her yöne savrulan, istemsiz hareket eden ka iki meslektaşıyla birlikte, hepsi birer trafik mühen- düzensiz bir kalabalığa dönüşüyor. Helbing’in kalaba- disi sayılabilecek karıncaların davranışlarını incele- lık türbülansı olarak adlandırdığı bu faz sırasında, bir miş. Karınca kolonisinin yuvasına yakın bir yere şe- insan yere düştü mü yere düşen i insan sayısı artıyor ker bırakılmış ve karıncalara gıda kaynakları ile yu- ve daha çok alanı kaplıyor. Araştırmacıların üç evreye vaları arasında iki yol seçeneği sunulmuş. Kısa yolu ayırdığı “kalabalığın kritik noktalarını” belirleyen şey hemen keşfeden birkaç karıncayı arkadaşları takip et- insan yoğunluğu değil. Asıl belirleyici faktör kalabalı- miş. Ancak bu yoldaki yoğunluk kritik değere ula- ğın basıncı. Hesaplar kalabalıkların türbülansı duru- şınca bir karıncanın o yolu tıkayıp arkadan gelenle- munda insan vücudu üstündeki basıncın dayanılmaz ri ikinci yola yönlendirdiği gözlenmiş. 29

Kalabalıkların Dinamiği Tabii insan kalabalıklarının dinamiğini anlamak yor. Ancak Armin Seyfried gibi bazı araştırmacılar bu yaşanabilecek izdihamı ve paniği önlemek anlamına sıralanmanın yan yana düzgün şeritler gibi değil de gelmiyor. Paniğin psikolojik boyutu da var. Kalaba- bir fermuarın dişleri gibi, iç içe geçmiş sıralar halin- lıkların paniği üzerine çalışan sosyal psikologlar ge- de olduğunu belirtiyor. Ayrıca dar kapılardan geçer- nelde paniği doğal ya da teknolojik afetler sırasında ken insanların birbirlerine yardımsever davranmala- yaşananlarla ilişkilendirmiş. Bu konuda çalışan sos- rının çıkışı hızlandırdığı, ancak biraz daha geniş kapı- yologlardan Richard LaPierre paniği işlevini yerini larda aksine çıkışın yavaşladığı tespit ediliyor. Tokyo getiremeyen kaçış davranışı olarak tanımlamış. Yu- Üniversitesi’nden Daichi Yanagisawa’nın araştırması- karıda değindiğimiz, kaçış sırasında alternatif çıkışla- na göre ise çok dar olmayan çıkış kapılarının yakınla- rın göz ardı edilmesi durumunun, çoğunluğun bile- rına yerleştirilen bir engel kapının önündeki yığılma- rek ve akıllıca davranacağına olan inancımızdan kay- yı önleyerek tahliyeyi hızlandırabiliyor. naklandığını düşünebilirsiniz. Ancak bilim insanla- rı, örneğin ateşten kaçmaya çalışan farelerde de gö- Panik durumlarında kısa vadeli kişisel çıkarların rülen bu davranışı genellikle korku sırasındaki dikkat ön plana çıktığını ve insanların birbirini ezip geçtiği azalmasına bağlıyor. Araştırmacılar acil durumlarda ve bencilce davrandığını savunanlar olsa da bunun bir mekânın tahliye edilme süresiyle çıkış kapılarının tersi gözlemler de var. Sosyolog Norris Johnson’un genişliğinin son derece ilişkili olduğunu ortaya koyu- bir gece kulübünde çıkan bir yangında ve bir rock yor. Örneğin Guanquan Chu ve arkadaşlarının hazır- müzik konseri sırasında yaşanan izdihamı inceledi- ladığı bilgisayar simülasyonu sonuçlarına göre özel- ği çalışmasının sonuçları beklenilenin aksini destek- likle 2 metrelik bir kapıdan yapılan tahliye 1 metre- liyor. Her iki olayda da insanların genellikle işbirli- lik bir kapıdan yapılana göre çok daha hızlı gerçekle- ği içinde davrandığı gözleniyor. Bu çalışma, birbiri- şiyor. Daha geniş kapılardan yapılan tahliyeler ile kar- ne yardım eden insan oranının, kaçmak için yarışan şılaştırıldığında bu fark daha az. Zaten belli bir geniş- insan oranından çok daha yüksek olduğunu ortaya likten sonra kapı genişliğine bağımlılık ortadan kalkı- koyuyor. Afet araştırmacıları kaçma ihtimalinin çok yor. Dar kapılardan toplu geçişleri konu alan simülas- çok azaldığı ve ümidin tükendiği durumlarda, örne- yonların bir kısmında insanların geniş yollardaki gi- ğin batmış bir denizaltıda ya da çökmüş bir kömür bi arka arkaya dizilerek şeritler oluşturduğu gözleni- madeninde ise insanların panik yaşamadığını ve da- ha sakin davrandığını belirtiyor. 30

<<< Bilim ve Teknik Mart 2011 Domino ve Kelebek Etkileri Dur-git evresine girmiş insan kalabalığında, bir kişinin ani bir hareketi, örneğin yere düşmesi ya da Gerçekleşen bir olayın kendisine benzer bir ola- hızını birden çok düşürmesi oluşan şok dalgasının yı tetiklemesi ve bu olayın da bir başka benzer ola- değişmesine, “kalabalık türbülansı” evresine giri- yı tetiklemesi şeklinde devam eden olaylar zinci- şin hızlanmasına neden olabiliyor. Benzer durum ri, ard arda dizilmiş domino taşlarına benzetile- trafikte de var. Trafiğin tıkanma nedeninin çoğun- rek domino etkisi olarak adlandırılıyor. Fiziksel lukla araç yoğunluğu değil, aniden meydana gelen bir sistemde bu etkinin görülebilmesi için etmen- bölgesel hız değişimleri olduğu söyleniyor. Exeter lerin birbirine yakın konumlanması ve olaylar zin- Üniversitesi’nden araştırmacılar, özellikle trafiğin cirini başlatacak bir tetikleyici gerekiyor. Domino sıkışık olduğu durumlarda bir sürücünün geç tep- taşlarından biri hafifçe itilince kütle merkezi kayı- ki vererek frene olması gerekenden geç basması so- yor ve o taş kütleçekiminin etkisi altında hareke- nucunda oluşan ve geriye doğru ilerleyen dalgala- te geçerek açısal momentum kazanıyor. Kazandı- rı inceliyor. Bir araçtaki ani hız azalmasının çoğa- ğı momentumu ve enerjiyi çarptığı diğer domino- lan etkisinin trafikte kilometrelerce ötesini nasıl et- ya aktararak onun da devrilmesine neden oluyor. kilediğini çoğumuz fark etmişizdir. Her bir dominonun devrilmesi için gereken enerji aktarılan enerjiden daha düşük olduğu için -arada Yolda yürürken uzun vadeli planlar yaparak her ufak sürtünme etkileri enerjinin bir kısmını kul- adımımızı hesaplayarak atmasak da içinde bulun- lansa da- taşlar arka arkaya devriliyor. duğumuz kalabalık kendiliğinden örgütleniveriyor. Ancak kalabalığa daha çok kişi dahil oldukça her bi- Yazımızın ilk kısımlarında bahsettiğimiz kalaba- rimiz birbirimize daha bağımlı hale geliyoruz. Parça- lıkların dinamiğini anlamak için kullanılan model- sı olduğumuz bu sistemler öyle ilginç ki her insanın ler, domino etkisini de içerecek şekilde geliştirilebili- hayatında dönüm noktaları olduğu gibi insan kala- yor. Örneğin birçok gözlemi başarılı bir şekilde açık- balıkları için de belli dönüm noktaları var. Bilim in- layan taban-alanı modelleri, insanlar arası mesafenin sanları kalabalıkların dinamiğini anlamaya, bu dö- azaldığı, yoğunluğun arttığı durumlarda insanların nüm noktalarını tahmin etmeye çalışıyor. birbirine değmesi, itmesi gibi fiziksel kuvvetleri göz önüne almıyor. Kirchner’in taban-alanı modeline fi- HKaaylbninakg,laDr., Johansson, A., “The dynamics of crowd Kirchner, A. ve Schadschneider, A., ziksel kuvvetleri ekleyen M. Helein ve Tony White, disasters: An empirical study”, Physical Review E, “Simulation of evacuation processes using a bionics- ilerleyen bir kalabalığın arkasında bulunan bir kişi- Cilt 75, Şubat 2007. inspired cellular automaton model for pedestrian nin uyguladığı kuvvetin insandan insana aktarılarak Burstedde, C. ve diğ, “Simulation of pedestrian Dynamics”, Physica A, Cilt 373, 260-276,2002 topluluğun ön kısımlarında nasıl hissedildiğini açık- Dynamics using a 2-dimensional cellular automaton”, Quarantelli, E. L., The Sociology of Panic, Smelser and lıyor. Yine bu modelde meydana gelebilecek yaralan- Physica A, Cilt 295, s. 507-525, Haziran 2001. Baltes International Encyclopedia of the Social and malar da hesaba katılmış oluyor. İnsanların birbiri- Helein, C. M., White, T., “Macroscopic effects of Behavioral Sciences,2001 ne yaslanmak zorunda olduğu durumlarda kuvvet- microscopic forces between agants in crowd models”, ler vektörel toplanarak öndeki taraftaki kişinin ma- Physica A, Cilt 373, s. 694-712, Ağustos 2006. ruz kaldığı kuvvet hesaplanabiliyor. İnsan kalabalıkları gibi lineer olmayan sistem- lerin bir diğer özelliği de sistemdeki bir etmenin tüm sistemin dinamiğini etkilemesi. Lineer olma- yan sistemler başlangıç durumlarına hassas bir şe- kilde bağlıdır, o nedenle de başlangıçtaki küçük bir değişiklik sistemin evrimini tamamen değiştirebi- lir. Sistemdeki bir etmenin davranışındaki küçük bir değişim, etkisini çoğaltarak sistemi önceden tahmin edilemeyen yeni doğrultulara yönlendire- biliyor. Kelebek etkisi olarak adlandırılan bu etki- nin en bilinen örneği, bir yerde bir kelebeğin kanat çırpması sonucunda oluşan hava hareketinin bam- başka bir yerde fırtınaya sebep olması. Lineer ol- mayan sistemlere örnek gösterilen atmosferde de, ilgili olmayan değişkenler birbirinden güçlü bir şe- kilde etkilenebiliyor. 31

Özlem İkinci KaranlıkBiyolojik Zorunluluk: Cadde ışıkları, reklam tabelaları, binalardaki aydınlatmalar, bahçe ve park aydınlatmaları, güvenlik aydınlatmaları, spor ve eğlence alanlarının aydınlatılması, gece çalışılan iş yerlerindeki aydınlatmalar… Hepsi bir araya geldiğinde etkileyici, masum bir manzara gibi görünse de aslında karşımıza önemli çevre kirliliklerinden biri olan ışık kirliliği çıkıyor. Hava kirliliği kadar sıkça duymamış olsak da ışık kirliliği maalesef insan sağlığı, doğal hayat ve gökbilim çalışmaları açısından tehlike sinyalleri veriyor. 32

Bilim ve Teknik Mart 2011 >>> İnsan gözünün görebildiği ışık, elektromanyetik tayfın (400-700 nm) bir parçası olarak tanımlanıyor. Yerleşim yerlerindeki ışıklandırmalar o böl- gede yaşayanların görsel ihtiyaçlarına göre tasarlanıyor. Ancak kötü ta- sarlanmış aydınlatma, uygun gölgeleme kullanılmaması, ışığın aydınlatılma- sı amaçlanan alanın dışına yayılması, aydınlatılan yüzeylerden ışığın yansıma- sı, ışık kirliliğinin nedenlerinden sayılıyor. Uzmanlar, aydınlatma yapılırken ya da tasarlanırken ışığın parlaklığının, yö- nünün ve dalga boyunun göz önünde bulundurulması gerektiğine dikkat çeki- yor. Aydınlatılması amaçlanan bölgelerin uygun ve doğru tasarımlar sayesin- de gerektiği kadar aydınlatılması ışık kirliliğine alınacak önlemler arasında. Ay- nı zamanda ülke ekonomisi açısından da enerji tasarrufuna yönelik önemli bir adım olarak değerlendiriliyor. Faydalı ışık Yukarı yansıyan ışık Doğrudan uzaya giden ışık Göz alan ışık Taşan ışık Aydınlatılacak alan The Institution of Aydınlatılacak alan Lighting Engineers, ILE Guidance Notes For Işıkları Kapatın: Melatonin Lazım! the Reduction of Light Pollution, 2000. Işık kirliliği insan sağlığına, doğal hayata ve gök- bilim çalışmalarına olumsuz etkisi nedeniyle gelişmiş 33 ülkelerin önemli çevre sorunlarından biri olarak bili- niyor. Ancak ışığın sağlığımız için bir tehdit oluştur- duğu ve karanlığın sağlığımız için gerekli olduğu ka- çımızın aklından geçmiştir acaba? Gerçekten vücu- dumuz, biyolojik saatinin kusursuz işlemesi için ka- ranlığa ihtiyaç duyuyor. Yirmi dört saatlik gece-gün- düz ritimi, diğer adıyla sirkadiyan ritim beynin hi- potalamus bölgesindeki suprakiazmatik çekirdek- te bulunan bir grup hücrenin biyolojik saati düzen- lemesiyle sağlanıyor. Örneğin karanlığın biyokimya- sal tanımlayıcısı olarak bilinen ve epifiz bezi tarafın- dan salgılanan melatonin hormonunun üretilmesi de suprakiazmatik çekirdeğin kontrolünde gerçekleşi- yor. Melatonin hormonunun üretilmesi için karanlı- ğa ihtiyaç duyuluyor. Karanlığın çökmesiyle başlayan üretim gece en yüksek seviyeye ulaşıyor, sabahın ol- masıyla da melatonin üretimi sonlanıyor ve vücudu- muzdaki melatonin düzeyi düşüyor.

Biyolojik Zorunluluk: Karanlık Işık Kirliliğinden Doğal Hayat da Nasibini Alıyor Gece aydınlatması güvelerin ve gece aktif olan başka böceklerin de becerilerini kısıtlıyor. Geceleri çiçek açmaları güvelerle tozlaşma- Kimyasal kirliliğin ve gürültü kirliliğinin ekosistem üzerindeki güç- larına bağlı bitkiler ve çiçekler de gece aydınlatmasından nasibini alı- lü etkileri biliniyor. Fakat ışık kirliliğinin doğal hayattaki canlı popülas- yor. Bu da bitkilerin çoğalmasını engelliyor ve uzun dönemde de eko- yonları üzerindeki çok da farkında olmadığımız etkileri ve sonuçları sistemde değişiklikler meydana gelmesine neden oluyor. Ayrıca bitki- aslında dikkate alınması gereken diğer bir nokta. Doğal hayattaki pek lerin gerektiği gibi büyümesi ışık ve karanlık döngüsüne bağlı oldu- çok canlının yön bulma duygularını zayıflatan, rekabet etkileşimlerini, ğundan, karanlığın başlaması çiçeklenme ve üreme sürecinde önem- av-avcı ilişkilerini değiştiren ışık kirliliği özellikle gece aktif olan hay- li rol oynuyor. vanlarda ölümcül sonuçlara neden oluyor. Örneğin her yıl milyonlarca böcek cadde lambalarına çarparak ölüyor. Göçmen kuşlar yapay gece aydınlatmaları nedeniyle yönlerini şaşırarak, aydınlatılmış yüksek bi- nalara çarpıyor. Bu nedenle bazı ülkelerde kuşların göç dönemlerinde yüksek binaların ışıklarının kapatılması yönünde kurallar uygulanıyor. Yumurtadan çıkan deniz kaplumbağaları sahillerdeki yapay gece ay- dınlatmaları nedeniyle deniz yerine bu ışıklara doğru ilerledikleri için denize ulaşamayıp ölüyor. Melatonin, temel aminoasitlerden olan triptofandan sentezle- Çocuklarınızı Karanlıkta Uyutun! nerek hemen kan damar sistemine ve beyin omurilik sıvısına ka- rışıyor. Gece karanlıkta artan melatonin seviyesi suprakiazmatik Uzmanlar “çocuklar mutlaka göz kusuruna 5 kat daha faz- çekirdek için biyolojik zamanlama sinyali gibi görev yapıyor. Yani karanlıkta uyumalı” diyor ve la rastlandığı sonucuna ulaşıl- tüm hücrelere, dokulara ve organlara günün zamanıyla ilgili bilgi gece uyudukları odada ışık ol- mış. Odalarında gece lamba- veriyor. Hatta sadece biyolojik bir saat gibi değil aynı zamanda or- masının görme bozuklukla- sı açıkken uyuyan çocuklar- ganizmaya mevsimsel değişikliklere bağlı olarak gün uzunluğuy- rına yol açabileceğini ekliyor. da ise bu oran karanlıkta uyu- la ilgili bilgi vererek bir tür biyolojik takvim gibi de görev yapıyor. Amerikalı bilim insanları uyu- yanlara göre 3 kat daha fazla. Melatonin uyku-uyanıklık döngüsünü düzenlemesinin yanı sıra, dukları odada ışık olan çocuk- Amerika’da yaşları 2 ile 16 ara- kanser gelişimini ve yayılmasını önlemede, antioksidan ve serbest larda, karanlıkta uyuyan ço- sında değişen 479 çocuğun radikal tutucu olarak rol oynuyor. Uykusuzluk ve yüksek tansiyon cuklara göre görme bozuk- ebeveynleriyle yapılan görüş- tedavisinde kullanılmasının yanı sıra kanser tedavisinde de alter- luğu ve gözlük kullanma ora- meler sonucunda, karanlık- natif tedavi yöntemi olarak kullanılıyor. nının daha yüksek olduğunu ta uyuyan çocuklarda miyo- söylüyor. Yapılan çalışmalar- pi görülme oranı % 10, gece Melatonin Eksikliği, Kansere Davetiye da, ışığın açık olduğu ortam- lambası açıkken uyuyan ço- larda uyuyan 2 yaşın altındaki cuklarda % 34 iken, aydınlık Günümüz modern toplumlarında çalışma saatlerinin uzama- çocuklarda, karanlıkta uyuyan bir ortamda uyuyan çocuklar- sı, sosyal hayat ve eğlence ortamlarındaki, cadde ve sokaklardaki çocuklara göre uzağı göreme- daki miyopi oranı % 55 olarak doğru olmayan ve yoğun aydınlatma nedeniyle pek çok kişi uzun me yani miyopi olarak bilinen belirtiliyor. süre ışığa maruz kalıyor. Bilim insanları ise bu durumun mela- tonin hormonunun üretimi üzerinde baskılayıcı bir etkisi olduğu konusunda hemfikir. Özellikle endüstrileşmiş ülkelerde işgücünün % 20’sini vardi- yalı çalışan kişiler oluşturuyor. Vardiyalı çalışan kişilerin iş sorun- larından biri de, çalışma saatlerinden dolayı sirkadiyan ritimleri- nin bozulması. Bu nedenle, melatonin üretimi ve uzun süre ışı- ğa maruz kalma arasındaki ilişkiyi inceleyen araştırmalarda, özel- likle vardiya usulü çalışan insanların melatonin düzeyleri araştı- rılıyor. Sonuçlara göre bu kişilerde de kalp damar hastalıklarının, sindirim sistemi hastalıklarının ve psikolojik sorunların yanı sı- ra meme, prostat, bağırsak ve rahim kanseri riski önemli derece- de yükseliyor. 34

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 Gelişmiş ülkelerde özellikle meme kanserinin görülme sıklı- Gece ışığa maruz kalmak ve melatonin hormonunun baskılan- ğının, gelişmekte olan ülkelere göre 5 kat daha fazla olduğu be- ması artan kanser oranının tek sorumlusu olmasa da önemli risk lirtiliyor. Geceleri uzun süre ışığa maruz kalınması nedeniyle faktörlerinden biri olarak değerlendiriliyor. Diğer yandan ailede melatonin salgılanmasının baskılanmasının, meme kanserinin kanser hastası olmasının kanser riskini % 100, kişinin obez olması- en büyük risk faktörü olduğu varsayılıyor. Ayrıca meme kanseri nın kanser riskini % 50 artırdığı göz önünde bulundurulduğunda, vakalarının % 50’sinin de bilinen risk faktörleriyle açıklanama- ışık kirliliğinin kanser riskini % 36 oranında artırması nedeniyle dığı belirtiliyor. Özellikle epifiz bezi çıkarılmış ya da sürekli ışı- nispeten daha az önemseniyor olabileceği söyleniyor. Bu oran ba- ğa maruz bırakılmış, dolayısıyla da melatonin salgısı baskılan- zılarına ışık kirliliğinin bir halk sağlığı sorununa neden olabilecek mış deney hayvanlarında meme tümörü oluşumunun uyarılma- bir unsur olduğunu düşündürtürken, bazıları bu “küçük” oran ne- sı bu kuramı destekliyor. deniyle ışık kirliliği ve bunun sağlığa olan etkilerinin önemli olup olmadığının bireysel bakış açısına bağlı olduğunu düşünüyor. İsrail’in 147 farklı yerleşim bölgesindeki gece ışık dağılımı uydu görüntüleriyle değerlendirildiğinde, ışık yoğunluğunun fazla ol- Oksidatif Stres Artıyor duğu bölgelerde, ışık yoğunluğunun az olduğu bölgelere göre % 73 oranında daha fazla meme kanseri olduğu saptanmış. Bu çalış- Gece ışığa maruz kalmak aynı zamanda bağışıklık sistemi hüc- mada da gece maruz kalınan ışık yoğunluğu ile meme kanseri ris- relerine zarar vermek, kanser riskini artırmak ve yaşlanmayı hız- ki arasında güçlü bir ilişki olduğu sonucuna ulaşılmış. landırmak gibi pek çok tetikleyici etkisi olan oksidatif stresin art- masına da neden oluyor. Oksidatif stres nedeniyle DNA’da hasar Yapılan araştırmalardan bir diğerinde yaşları 18-30 arasında meydana gelmesi kanser gelişimine önemli katkısı olan faktörler- değişen, sağlıklı 116 kişi, 5 gün boyunca uyumadan önce 8 saat den biri olarak biliniyor. Vücudumuzda gelişmiş olan doğal anti- süreyle normal oda ışığına ya da loş ışığa maruz bırakılmış. Be- oksidan savunması ise, oksidatif strese neden olan serbest radikal- lirli aralıklarla kan örnekleri alınarak melatonin seviyeleri saptan- lerin üretimini ve DNA’nın hasar görmesini engellemek konusun- mış. Normal oda ışığına sadece 90 dakika maruz kalmanın sonu- da önemli rol oynuyor. Bu doğal antioksidan savunma mekaniz- cunda bu kişilerde melatonin seviyesinin loş ışığa maruz kalanla- malarından biri de melatonin. Melatonin bilinen işlevleri dışın- ra göre azaldığı görülmüş. Ayrıca ışığı açık olan bir odada uyuyan da antioksidan özelliğe de sahip olduğundan DNA’yı oksidatif ha- kişilerde melatonin üretiminin % 50’den daha fazla oranda baskı- sardan koruyor. Örneğin yapılan bir araştırmada, kimyasal ajan- landığı gözlenmiş. larla kanser oluşumunun test edildiği deney hayvanlarında mela- toninin tümör oluşumunu baskıladığı tespit edilmiş. Bilim insan- Melatonin üretiminin baskılanmasının bağırsak kanseri riski- ları bunun birkaç mekanizmayla gerçekleşmiş olabileceği kanısın- ni de artırdığı düşünülüyor. Bağırsak kanseri olan kişilerden alı- da. Bu mekanizmalardan birinin, melatoninin antioksidan özelli- nan doku örneklerinde melatonin bağlanma bölgelerinin saptan- ği yani güçlü bir serbest radikal tutucu olması, bir diğerinin de ze- masından sonra, melatonin baskılanmasının bağırsak kanserinde hirli ve kimyasal maddeleri uzaklaştıracak yolakları aktifleştirme- rolü olabileceği ihtimali gündeme gelmiş. Bu nedenle 2000’li yıl- larda tüm dünyada % 0,36 oranında görülen bağırsak kanserinin, 2020 yılına gelindiğinde % 0,46’ya çıkacağı tahmin ediliyor. 35

Biyolojik Zorunluluk: Karanlık Nerede O Eski Gökyüzü Gece gökyüzünün aydınlanması canlılar üzerinde birtakım etkilere sahipken, özellikle gökbilim alanındaki bilimsel çalışmaları da olumsuz Uzay İstasyonu’nda yaşayan astronotların çektiği yeryüzü fotoğraf- etkiliyor. Çünkü gökcisimlerinden gelen son derece az miktardaki ışık, larına baktığımızda o sırada gece olan yerlerin ışıl ışıl parladığını görü- ondan daha parlak olan gökyüzünden gelen ışığın içinde kayboluyor. yoruz. Öyle ki özellikle ABD’nin bir bölümünde ve Avrupa’nın neredey- Uzak gökcisimlerinden bize ulaşan ışık bu cisimleri anlamak için yararla- se tamamında karanlık bir bölge görmek zor. Ülkemizde de özellikle nabildiğimiz tek kaynak olduğu için gökcisimlerinden gelen her bir ışık büyük şehirler ve çevreleri ile uzunluğuyla öğündüğümüz sahil şeri- parçacığı gökbilimciler için son derece değerli. Gökyüzünün parlaklığı- dinin neredeyse tamamı ışıl ışıl görünüyor. Bunun nedeni çoğunluk- nın artması, en gelişmiş teknolojiyle bile sönük gökcisimlerinden gelen la yanlış ve fazla aydınlatma nedeniyle uzaya kaçan ışık. Atmosfer ge- ışığı algılamamızı zorlaştırıyor, bazen de olanaksız hale getiriyor. çirgen bir katman olsa da, içerdiği gaz molekülleri ve toz parçaları bu ışığın bir bölümünün saçılarak atmosferin aydınlanmasına yol açıyor. si olduğu düşünülüyor. Böylelikle kanser oluşumuna neden olan Işığın Karanlık Yüzü kimyasallar DNA’ya bağlanamıyor, bağlansa da ortaya çıkan kar- maşık yapıların hücrede birikimi önleniyor. Melatoninin hasarlı Son yıllarda aslında ışık kirliliğinin diğer çevre kirlilikleri gibi DNA’nın onarımını teşvik ettiği ve bu mekanizmayla kanser olu- önemli bir sorun olduğunun farkına varanların sayısı artıyor. Bilim şumunu engelleyebildiği düşünülüyor. insanları, gökbilimciler, doğabilimciler ışık kirliliğinin etkileri ko- nusunda herkesi bilgilendirmeye çalışıyor. Mühendisler, mimarlar Kanser hücreleri için enerji kaynağı ve büyüme faktörü olan li- ve şehir planlamacılar ışık kirliliğini sınırlayacak hatta önleyebile- noleik asit vücutta üretilmiyor ve sadece besinlerden alınıyor. Bu cek, daha sağlıklı aydınlatma tasarımları uygulama çabasında. noktada gene melatonin devreye giriyor ve kanser hücrelerinin ge- lişimi, bölünmesi ve çoğalması için gerekli linoleik asitin kanserli Bilim insanlarının çabası ise dikkatleri, karanlığın canlılar için hücreye alınmasını ve metabolize edilmesini baskılıyor. Hatta lino- ne kadar önemli bir ihtiyaç olduğuna çekme yönünde. Bu çaba- leik asit açısından zengin beslenme ile gece uzun süre ışığa maruz ya en iyi örnek, 2003 yılı Eylül ayında Kanada’da düzenlenen “Ge- kalınması sonucu melatoninin baskılanması bir araya geldiğinde, ce Ekolojisi: Biyolojik Zorunluluk Olarak Karanlık” konulu ulus- bunun yıllarca gece vardiyasında çalışan kadınlarda daha yüksek lararası sempozyum. Sempozyumda bu konu bir bilim dalı olarak oranda meme kanseri görülmesini tetikleyebildiği belirtiliyor. tanımlanmış. Gece aktif olan ve işlevsel olması için de karanlığa 36

<<< Bilim ve Teknik Mart 2011 Büyük gözlemevleri, üzerlerindeki atmosfer katma- şın Antalya’nın giderek artan ışık kirliliğinden olumsuz nının olabildiğince ince olması için yüksek yerlere kuru- şekilde etkileniyor. lur. Gözlemevi yeri seçiminde havanın açık olduğu gece sayısı, atmosferdeki çeşitli kirleticiler de göz önünde bu- Profesyonel gökbilim çalışmaları bir yana, varoluşun- lundurulsa da, günümüzde en önemli kriter ışık kirliliği dan bu yana her zaman gökyüzünün etkileyici güzelliği haline gelmiş durumda. O nedenle gözlemevlerinin ku- altında yaşamış, ondan çeşitli şekillerde etkilenmiş, esin- rulabileceği bölgeler çok sınırlı. Örneğin TÜBİTAK Ulusal lenmiş olan insanoğlu son birkaç on yılda bundan gide- Gözlemevi Antalya kent merkezine kuş uçumu yaklaşık rek uzaklaşıyor. Son zamanlarda “doğa yoksunluğu” nasıl 30 km uzakta ve 2500 metre yüksekte bulunmasına kar- önemli bir sorun olarak görülüyorsa, yıldızlı gökyüzünün de doğanın bir parçası olduğu düşünüldüğünde “gökyü- zü yoksunluğunun” da bir sorun olarak değerlendirilme- si gerekir. Üstelik giderek bozulan, yok olan doğal ortam- larda olduğu gibi, artan ışık kirliliği nedeniyle yıldızlı gök- yüzüne ulaşmak da giderek zorlaşıyor. Canlılar üzerindeki olumsuz etkileri ve boşa harcanan önemli miktardaki enerji bir yana, ışık kirliliği bizi içinde yaşadığımız ve hakkında daha öğrenecek çok şeyimizin olduğu evrenden giderek koparıyor. Birtakım basit ön- lemlerle bunun önüne geçmek mümkün. Yeter ki hükü- metler ve yerel yönetimler başta olmak üzere hepimiz bu sorunun farkında olalım ve üzerimize düşeni yapalım. Alp Akoğlu ihtiyaç duyan tüm biyolojik sistemleri kapsayan bilim KWaeybnba, kAl.aRr ., “Considerations for lighting in the built http://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-01/tes-rlb011211.php dalı, (scotobiology) ışık kirliliğinin karanlıkta gerçek- environment: Non-visual effects of light”, http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-11/osu-lan111210. leşen biyolojik sistemlerin biyokimyası ile fizyolojisi EBnlaesrkg,yDa.nEd.,B“uMiledliantgosn,iCni,lstl3ee8p, s. 721-727, 2006. http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-09/uoh-cbl090210. arasındaki ilişkiyi ve bu kirliliğin organizmanın sos- disturbance and cancer yal davranışlarına olan etkisini inceliyor. risk”, Sleep Medicine Reviews, Cilt 13, s. 257-264, 2009. Bilimsel araştırmaların yanı sıra birçok ülke eği- tim ve bir takım yasal düzenlemeler yoluyla ışık kir- liliğinin önlenmesi ve karanlığın gerekli olduğunun anlaşılmasıyla ilgili toplum bilinci oluşturmaya çalı- şıyor. Biz de bu bilinci oluşturmaya evimizden ve ai- le bireylerimizden başlayabiliriz; bu hem enerji ta- sarrufu sağlamak, hem sağlığımızı korumak hem de ışık kirliliğine katkımızın olmaması için önemli bir adım olabilir. 37

Uygar H. Tazebay Mutlu Erdoğan Nanobiyoteknoloji İnsanlığa Ne Sunacak? Bilim dünyası biyolojik sistemleri oluşturan atomların ve moleküllerin bir araya geliş esaslarını, organize olma mekanizmalarını, çeşitli formlar alarak şekillenmelerini ve işlevlerini yerine getirirken uydukları prensipleri anlayabilmek için büyük bir çaba harcıyor. Nano-dünyayı anlayabilmek, elde edilen yeni bilgileri bir yandan modern insanın sorunlarını çözmek için kullanırken diğer yandan ekonomik kazanca dönüştürecek ürünleri ortaya çıkarabilmek için biyoloji, kimya, fizik, matematik, mühendislik bilimleri ve tıp bilimlerinin el ele vererek ortak çalışmalar yapmasını zorunlu kılan bu yeni bilim dalı ise nanobiyoteknoloji. Bu yazı AB 7. ÇP tarafından desteklenen Unam_Regpot projesi (No: 203953) çerçevesinde yazılmıştır. 38

Nanobiyoteknoloji kelimesi iki kavramı >>> Bilim ve Teknik Mart 2011 içinde barındırıyor: Bunlardan birinci- lerin çeşitli moleküler özellikler taşıyan yüzeylere si bir büyüklük tanımı: Nano (10-9), ya- yayılımları, şekil kazanmaları ve etkileşimleri gibi Dr. Uygar H. Tazebay ni milimetrenin milyonda birine karşılık gelen bir konular oluşturuyor. Örneğin, nöronların gelişimi lisans derecesini 1993 büyüklük. İkincisi ise biyoteknoloji kavramı, yani ve birbirleri ile işlevsel bağlantılar oluşturmalarını yılında Orta Doğu biyoloji ve biyokimya temelli yöntemlerin uygula- kontrol eden mekanizmaların anlaşılabilmesi veya Teknik Üniversitesi, malarını araştıran, ortaya koyan, onları ürüne dö- nanofabrikasyon yöntemleri kullanılarak iki veya Biyoloji Bölümü’nden nüştüren, teknoloji temelli çalışma alanı. İkisinin üç boyutlu yüzeyler üzerinde sinir hücre ağlarının aldı. Mikrobiyal fizyoloji birleşmesi ile ortaya çıkan nanobiyoteknoloji ise, oluşturulması, nanobiyoteknolojinin yakın gele- ve genetik alanındaki bir yandan canlı hücrenin milyarlarca yıllık evri- cekteki hedefleri arasında. Bu çalışmalarla bir yan- yüksek lisansını Institut mi sırasında şekillenmiş nano-yapıları ve nano- dan sinir hücreleri arası iletişimin moleküler ve iş- de Génétique et makineleri, yani DNA’yı, RNA’yı, lipidleri, prote- levsel boyutları araştırılırken, diğer yandan da be- Microbiologie, Université inleri, polisakkaritleri, bunların birbirleri ile etki- yin dokusuna yönelik protez üretiminin önü açıl- Paris-XI’de 1994’te, leşimlerini ve hareketlerini araştırırken diğer yan- ması bekleniyor. doktorasını ise 1998’de dan bu yapıları ve etkileşimleri daha dayanıklı, da- tamamladı. Yrd. Doç. ha hızlı hareket eden, istendiği zaman planlanmış Bu konularla ilgili olarak, özellikle nanotel ta- Dr. Uygar Tazebay halen hedefe varacak materyaller ve yapılar kullanarak banlı elektronik tespit yöntemlerindeki güncel ge- Bilkent Üniversitesi, Fen taklit edebilmeyi planlıyor. Nanobiyoteknolojinin lişmeler ve nanotellerin alan-etkili transistörlerde Fakültesi, Moleküler bir üçüncü ilgi alanı ise moleküler biyoloji araştır- (FET) kapı olarak kullanılabildiğinin gösterilmesi, Biyoloji ve Genetik malarında nano seviyesinde bilgi toplayabilecek ve çok çeşitli biyolojik ve kimyasal maddeleri gerçek- Bölümü’nde çalışıyor. biyolojik sistemlerin nano düzeyde araştırılması- zamanlı, etiketsiz (üzerinde bağlı bir boya ya da flo- na olanak verecek sistem ve düzeneklerin tasarla- resan bir işaretleyici bulunmaksızın) hassas ve se- narak ürüne dönüştürülmesi olarak düşünülüyor. çici şekilde tespit edebilme yeteneğimizi köklü bir şekilde değiştirdi. Özellikle silikon nanoteller bio- Nanobiyoteknolojide Ufuklar tin ve çeşitli antijen proteinlerle kaplanarak işlev- selleştirildikleri zaman, bu hassas ve nitelikli tespit Moleküler biyoloji ve nanobiyoteknoloji alanın- işlemleri için kullanılabiliyorlar. Tek bir molekü- daki çalışmalar biyolojik sistemlerin çalışma pren- lün dahi algılanabileceği bu işlemlerin mekanizma- sipleri ile ilgili önemli bulgular ortaya koymuştur. sının, tespit edilen molekülün üzerindeki elektrik- Dolayısıyla nanobiyoteknoloji çalışmaları mikro sel yüklere ve molekül nanotele yapıştığında elekt- ve nano-ölçekli, tamamen yeni aletlerin ve cihazla- riksel yüklerin değişimi sonucu meydana gelen aşı- rın üretimi için bir kapı aralıyor Böylece mikro ve rı hassas elektriksel iletkenlik/direnç oynamalarına nano-üretim yöntemleri kullanılarak biyolojik ve (modülasyonlarına) bağlı olduğu gösterilmiştir. biyomedikal cihazların küçültülmesinin ve yeni ci- hazların üretiminin biyoteknoloji endüstrisine ge- Yüzeylerinde değişiklik yapılmış bu aygıtlar, lecekte yeni bir şekil kazandırması bekleniyor. Na- proteinler gibi makromoleküller içeren çözeltilere nobiyoteknolojinin hedeflediği araştırma/üretim daldırıldıklarında, proteinin almaçlara bağlanma- alanlarının ana başlıklarından bazıları nano-biyo- sı sonucu, biyomolekülün net yüküne ve yarı-ilet- moleküler cihazlar ve analiz yöntemleri, nano-öl- kenin tipine (p veya n) bağlı olarak aygıtın iletken- çekli hücre biyolojisi ve hücre-yüzey etkileşimleri liğinde bir artma ya da azalma meydana gelir (Şe- olarak sıralanıyor. kil 1). Bu tespit yönteminde alışılmış optik taban- lı analiz yöntemlerinden farklı olan bu işlemin ger- çek-zamanlı olması ve bağlanma aşamasının bilgi- sayar tarafından anlık olarak gösterilmesidir. Nano-Biyomoleküler Cihazlar ve Şekil 1. Analiz Yöntemleri Antikor almaçlarıyla duyarga şeklinde tasarlanmış Teşhis ve tedaviye yönelik nano-biyomoleküler nanotel alan-etkili transistörün cihazların ve analiz yöntemlerinin geliştirilmesi- şematik gösterimi (sağ) nin temellerini, biyomedikal kullanıma yönelik al- Net negatif yüklü bir proteinin gılayıcılarda bulunan optik, elektronik ve kimyasal p tipi bir nanotele başlıkların nano-ölçeklere küçültülerek yeni nesil bağlanmasıyla iletkenlikte biyoalgılayıcıların ve biyomedikal araçların üretil- meydana gelen artış mesi, nano-akışkanların mekaniği ve biyomolekül- (Patolsky ve ark.,“Nanowire- Based Nanoelectronic Devices in the Life Sciences”, Materials Research Society Bulletin, Cilt 32, 2007.) 39

Nanobiyoteknoloji İnsanlığa Ne Sunacak? direcek şekilde yerleştirilmesini ve sinir hücresinin büyümesi için gereken standart koşulların sağlan- Şekil 2. masını içeriyor. Ayrıca bu yaklaşım FET dizileri- Birden çok biyolojik nin, nanotel sayılarının ve yönelimlerinin değişti- maddenin aynı rilebilmesine izin verecek şekilde esnek. anda analiz edilebilmesi için tasarlanmış Bir adet sinir hücresi bir adet nanotele karşılık bir nanotel dizisinin gelecek şekilde hazırlanan bir aygıtın optik mik- şematik gösterimi. roskop görüntüsünde, hücre gövdesinin uzakta Çipin büyüklüğü konumlandığı ve akson karşısındaki nanotele doğ- 15 μm x15 μm. ru yönlendiği gözlenmiştir. Ayrıca özel boyalar- (Patolsky ve ark., la boyanmış sinir hücresinin yüksek çözünürlüklü “Nanowire-Based (konfokal) mikroskop görüntüsü de elde edilmiş- Nanoelectronic Devices tir. Aygıtın temas bölgesi 0,01-0,02 μm2 civarın- in the Life Sciences”, dadır ve bu temas alanı, mikroelektrotlarınkinden Materials Research Society yüzlerce kat küçüktür. Bulletin, Cilt 32, 2007.) Nanotel ile akson arasındaki gerçek sinir hücre- Şekil 3. (sol ve orta) Farklı yüzey almaçları ile değişik özellikler ka- leri arasındaki bağlantı noktalarının benzer ölçek- Silikon nanotel dizileri zandırılmış birden fazla nanotel kullanılarak aynı te (20 nanometre) olması, bir sinir hücresi üzerin- üzerinde, yönlendirilmiş anda birden fazla gerçek-zamanlı analiz yapılabi- den daha yüksek çözünürlüklü sinyaller alma ve olarak büyütülen fare liyor. Örneğin proteinler, DNA parçaları, virüsler tek bir sinir hücresinin ve hatta tek bir aksonun ya beyninden elde edilmiş sinir ve küçük moleküller gibi bir çok biyolojik madde- da dendritin farklı noktalarından aynı anda ölçüm hücrelerinin optik mikroskop yi içeren bir çözelti, her birine özgü farklı nano- alabilme avantajlarını sunuyor. Bu yeni yaklaşım, görüntüleri. Kırmızı çerçeve tellerin aynı anda kullanılmasıyla analiz edilebili- hem sinir hücresi ağlarındaki hücre etkileşimleri- içerisinde bulunan kırmızı ok yor (Şekil 2). nin araştırılmasına olanak sağlayabilir hem de si- aksonu, beyaz ok ise nir sistemi protezlerinin geliştirilmesinde kullanıla- FET içinde kapı görevi gören Mikropipet elektrotlar ve mikrofabrikasyon bilecek arayüzlerin tasarlanmasında kullanılabilir. nanoteli gösteriyor. (en sağ) ürünü elektrot dizileri ile yapılan elektrofizyolojik Kırmızı ve yeşil iki floresan ölçümler, özellikle sinir hücrelerinin ve sinir hüc- Nano-ölçekli hücre biyolojisi boya ile boyanmış bir resi ağlarının elektriksel davranışlarının anlaşılma- adet korteks sinir hücresinin sında önemli rol oynuyor. Mikropipet elektrotlar İleri fizik araştırmalarının geliştirdiği alet ve ci- konfokal mikroskop in vitro ve in vivo koşullarda, görece iyi çözünür- hazlar kullanılarak canlı hücreleri nanometre dü- görüntüsü. Kırmızı kısım lüklerde hücre-içi ve hücre-dışı voltaj potansiyelle- zeyinde gözlemlemek ve ölçümler yapmak müm- akson, yeşil kısım rini üretebiliyor ve kaydedebiliyorlar; fakat bu ay- kün oluyor. Bunlara, ayrıca her geçen gün nano ve hücre gövdesi ve dendritler. gıtlar sinir hücresi etkinliğinin tek bir akson ya da mikro-ölçekte ölçüm yapabilen yeni aletler ve uy- FET içerisindeki kaynak dendrit seviyesinde çalışılabilmesine olanak vere- gulamalar ekleniyor. Dolayısı ile örneğin birçok ve savak uçlarının cek kadar küçük ve duyarlı değil. Nanotellerle ak- proteini kapsayan analizlerin yanı sıra hücre işlev- -kırmızı çerçeve içerisindeki sonlar veya dendritler arasındaki bağlantı noktala- lerini, ilaç etkilerini eş zamanlı incelemek ve ilaç iki beyaz yapı- arasındaki rının sadece 20 nm uzunlukta olması nedeniyle, te- adaylarının canlı hücre işlevlerine etkilerini gö- boşluk 5 μm’dir. kil nanotel aygıtları, sinir hücreleriyle arayüz oluş- rüntülemek artık yapılabilirlik sınırları içerisinde (Patolsky ve ark.,“Nanowire- turma bakımından ilgi çekici. Bu durum, nanotel- değerlendiriliyor. Bu ve benzeri çalışmalarda na- Based Nanoelectronic lerin sinir hücrelerinin uzantılarının çalışılmasına no-parçacıklar, nano-üretim sonucu elde edilmiş Devices in the Life Sciences”, izin verecek derecede bölgesel olmasına mümkün aletler ve moleküler tasarım bilgileri kullanılıyor. Materials Research Society kılıyor. Bunun da ötesinde, hücre biyolojisi ileri fizik ürü- Bulletin), Cilt 32, Şubat 2007.) nü bu mikroskoplar ve ölçüm cihazları ile araştı- rılabiliyor ve örneğin atomik kuvvet mikroskobu Nanotel/sinir hücresi aygıtlarını hazırlamak kullanılarak DNA üzerindeki fiziksel değişiklik- için gereken strateji, yönlenmiş p ve/veya n tipi si- ler nanometre çözünürlüğünde gözlenebiliyor. likon nanotel demetlerinin ve FET aygıtı dizileriyle Nanoparçacıklarla yapılan çalışmalara bakıldığı gereken arabağlantının oluşturulmasını, tutunma zaman, iki farklı yaklaşım görülüyor. Birinde, ak- (adezyon) ve büyüme faktörlerinin sinir hücreleri- tif moleküller nanoparçacıkların içine konuluyor nin büyümesini aygıt elemanlarına doğru yönlen- ve seçilmiş hedeflere yönlendirilmeye çalışılıyor. Kalp hastalıklarını (Arayne ve ark., 2007; Marcato 40

ve Duran, 2008), gen tedavisini (Nazarov ve ark., >>> Bilim ve Teknik Mart 2011 2009) veya tümörlü dokuları hedef alan bu tür ça- Biyomalzemenin vücuda iyi uyum sağlayabil- lışmalara literatürde rastlamak mümkün (Jain, mesinin, yani osseointegrasyonda başarılı bir so- Mutlu Erdoğan 2002’de 2007). Bunlardan başka, bitki hücrelerine yabancı nuç alınabilmesinin önemli koşullarından birinin, Ankara Üniversitesi DNA aktarımında karbon nanotüplerin kullanımı- özellikle kullanılacak bu malzemenin titanyum gi- Fen Fakültesi Biyoloji nı öngören çalışmalar da var (Galbraith, 2007). Na- bi sert malzemeler olduğu durumlarda, malzeme- Bölümü’nde lisans eğitimine noparçacıkların kullanıldığı ikinci tip yaklaşımda nin yüzey pürüzlülüğü olduğu 1970’li yıllardan bu başladı. 2007 yılında aynı ise işlevsel moleküllerin nanoparçacıklara eklene- yana bilinen bir olgudur. Bu durumu temel alarak bölümden mezun oldu. rek, teşhise yönelik görüntüleme kalitesinin artırıl- geliştirilen implantlardan başarılı in vivo sonuçlar Lisans eğitimi sırasında ması veya parçacıkların termal veya kimyasal özel- elde edilmiş ve hatta bu amaçla endüstriyel sektör- “Caenorhabditis elegans’ta liklerinden yararlanılarak tedavi kapasitesinin artı- ler oluşmuştur. Öğrenme ve Bellek” rılması hedefleniyor (Jin, 2008; Gao ve ark., 2009). Günümüzde kemik implantı pürüzlendirmesi konulu projesi için TÜBİTAK- ticari olarak bir kaç şekilde yapılabiliyor; bunların BİDEB’den destek aldı. Hücre-yüzey etkileşimleri önemli örneklerinden kumlamada malzeme yüze- Aynı dönemde yine yüksek hızla küçük kum taneleri püskürtülü- Ankara Üniversitesi Tek bir hücrenin büyüklüğü mikrometre ölçe- yor. Asitle aşındırmada ise yüzey, kuvvetli asitlere Tıp Fakültesi Fizyoloji ğinde olsa da, hücrenin çevresiyle etkileşime gir- temas ettiriliyor (Şekil 4). Anabilim Dalı, Nörofizyoloji mek için kullandığı moleküler altyapısı ve bu çev- Bu yöntemlerin en büyük sorunu, oluşturdukla- Birimi’nde “Uzaysal İhmalde renin elemanları nanometrik yapılardır. Bu du- rı etkilerin çok kontrolsüz olması ve hücrelerin te- Dopaminerjik Asimetrinin rum, hücreleri tek tek incelemek, onlar üzerinde masta bulunacağı, sözü edilen nanometrik yapıla- Rolü” konulu projede yer bütünlüklerini bozmayacak müdahalelerde bulu- rın oluşturulması için kullanılamamalarıdır. Doku aldı. 2007 yılında Bilkent nabilmek ve tıbbi/biyolojik çıktıları en üst düzeyde integrasyonu açısından önemi son zamanlarda fark Üniversitesi UNAM-Malzeme hassas teknolojik gelişme seviyesine ulaşmak için edilen ve biyolojisi aydınlatılmaya çalışılan bir unsur, Bilimi ve Nanoteknoloji yapılacak bilimsel çalışmaların da nanometrik öl- osseointegrasyonun rasgele olmayan ve belirli özellik- Enstitüsü’nde doktora çekte olmasını gerektiriyor. ler ve desenler taşıyan yüzeylerde, en az rasgele pü- programına başladı. rüzlendirilmiş yüzeylerdeki kadar, belki de onlarda- Halen aynı bölümde Uygar Bu öngörüyü temel alarak yapılacak çalışma- kinden daha başarılı bir şekilde gerçekleştiğidir. H. Tazebay ve F. Ömer lar çoğunlukla disiplinlerarası işbirliği gerektiri- Bu amaçla kullanılabilecek kısıtlı yöntemler- İlday’la birlikte femtosaniye yor. Bu disiplinlerarası yaklaşıma örnek olabile- den biri ultra-kısa atımlı lazerlerle yüzey değişik- fiber lazerlerle nanocerrahi cek çalışmalardan ilki, hücre-yüzey etkileşimlerini liğidir. Bu lazerlerin en önemli özelliği, ürettikle- ve hücre dinamikleri ve bu etkileşimlerde rol oynayan fiziksel eleman- ri fotonları çok kısa zaman dilimlerine sıkıştıra- alanındaki doktora larda nanometrik ölçekte değişiklik yapılmasını te- rak foton yoğunluğu çok yüksek atımlar halinde çalışmasına devam ediyor. mel alıyor. Hücre-yüzey etkileşimlerinin iyi anla- ve kontrollü bir şekilde gönderebiliyor olmalarıdır. şılmasının ve yüzeylerin hassas şekilde değiştirile- Bilkent Üniversitesi’nde üretilen ve kullanılan la- Şekil 4. bilmesinin en önemli tıbbi getirisi, daha işlevsel ve zerler, ürettikleri kısa zamanlı atımlara göre, “fem- Asitle aşındırma yöntemiyle uzun ömürlü biyomalzemeler yapılabilmesine ola- tosaniye” ve lazerin işleyiş mekanizmasındaki ana elde edilen (solda) ve kumlama nak sağlamasıdır. ortam bir optik fiber olduğu için de “fiber lazer” yöntemiyle elde edilen yani bir femtosaniye fiber lazer olarak isimlendi- (sağda yüzeylerin taramalı Bu biyomalzemelerden sıklıkla kullanılan ve rilmektedir. 1 femtosaniye 1 saniyenin milyar ke- elektron mikroskobu görüntüleri özellikle sert doku (kemik ve diş) cerrahilerinde ya- re milyonda biri, 1 nanosaniyenin ise milyonda bi- (Mutlu Erdoğan arşivi) rarlanılan biri titanyum metalinin (Ti6Al4V) alaşı- ridir. Femtosaniye lazerlerle bu kadar kısa bir za- mıdır. Bu alaşım özellikle diş ve kemik bozukluk- man dilimine sıkıştırılmış çok sayıda foton üre- larının ve yaralanmalarının düzeltilmesinde doku terek ve bu fotonları çok güçlü mikroskop objek- implantı olarak kullanılıyor. Doku implantlarının, tifleriyle tek bir noktaya odaklayarak o odak nok- vücuda yerleştirildikleri bölgede işlevselliklerini be- tasında çok yüksek foton yoğunluğuna ulaşılabil- lirleyen en önemli etmen, implantın dokuyla doğ- rudan etkileşimde olduğu yer yani implantın yüze- yidir. Bu yüzey ile doku arasında gerçekleşen, imp- lantın vücut tarafından kabul edilmesini ve dokuya uyum sağlamasını kapsayan sürece integrasyon sü- reci adı veriliyor; kemik dokular söz konusu oldu- ğunda bu süreç osseointegrasyon süreci adını alıyor ve implantların tasarlanması ve geliştirilmesinde göz önüne alınan en önemli etmen olduğu biliniyor. 41

Nanobiyoteknoloji İnsanlığa Ne Sunacak? <<< İnsanlığın özellikle sağlık, beslenme, su kaynakları- mesi mümkün olmuştur. Bu fotonlar o kadar kü- na ulaşabilirlik, enerji ve sürdürülebilir gelişim ko- çük bir noktaya o kadar hassas bir şekilde odaklan- nularında hâlâ önemli sıkıntıları var. Bu sıkıntılar- mışlardır ki, o noktada meydana getirdikleri tah- dan özellikle su kaynakları, beslenme ve enerji kısıt- ribat ancak nanometre seviyesindedir ve güç o ka- lılıkları ile ilgili olanların gelecek kuşaklara daha da dar yüksektir ki sert bir metal olan medikal titan- katlanarak aktarılması tehlikesinin olduğu öngörü- yum bile işlenebilmektedir. Yine Bilkent Üniversi- lüyor. Bu nedenle moleküler bilimlerin kuvvetli bir tesi bünyesinde yapılan örneklerden biri Şekil 5’te ayağını oluşturan nanobiyoteknolojinin bu sorun- görülmektedir. lara getirilecek çözümlerin kalıcı bir parçası olaca- ğı düşünülüyor. Nanobiyoteknolojinin özellikle sağ- Şekil 5. nmnm 20nn0mm lık alanında teşhis ve tedaviye yönelik çarpıcı ve ye- Femtosaniye fiber lazerle 100 ni uygulamalar (yapay organların geliştirilmesi, bi- işlenmiş titanyum 0 yolojik işlevleri olan ve uyumlu yeni protezlerin üre- yüzeyinin atomik kuvvet 200 tilmesi, nano-parçacıklar kullanılarak etkili teşhis ve mikroskobu görüntüsü. 4-1000 tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi, lazer kullanımı Siyah bölgeler ve beyaz ile neşter etkilerinin geliştirilmesi v.b. gibi) ve bes- bölgeler lazerin üzerinden μm 30 lenme, su arıtımı ve su kaynaklarının yenilenmesiy- geçtiği ve geçmediği le ilgili bilimsel araştırmaların hızla ürüne dönüş- bölgeleri göstermektedir; 100 20 mesi noktalarında insanlığa önemli katkılarda bu- bu iki bölge arasındaki lunması bekleniyor.Nanobiyoteknoloji insan hayatı- yükseklik farkı 10 nı somut bir şekilde iyileştirerek, bugün yaşadığımız 100 nanometre kadardır temel sorunlara çözüm önerileri sunacak. (Tazebay ve İlday gruplarının 0 ortak sonuçları). KAraayynnaek, lMar. S., Sultana, N., ve Qureschi, F., “Nanoparticles in delivery of 0 Ccairltd2io0v,ass.c3u4l0a-r3d4r8u,g2s0”,0P7a. kistan Journal of Pharmaceutical Sciences, 0 10 Cheng, M. M-C., Cuda, G., Bunimovich, Y. L., Gaspari, M., Heath, J. R., Hill, H. D., Mirkin, C. A., Nijdam, A. J., Terracciano, R., Thundat, T. ve Ferrari, -100 20 30 40 M., “Nanotechnologies for biomolecular detection and medical diagnostics” CGuarlbrernaitthO,pDin.iWon.,i“nNCahneombiiocatelcBhinoololgoyg,yC: silitli1c0a,bsr.e1a1k-s1t9h, r2o0u0g6h. in plants”, μm GNaatou,rJe., NGaun, oHte.,cvhenoXluog, yB,.,C“iMlt u2,ltsi.fu2n7c2t-i2o7n3a,l2m00a7g.netic nanoparticles: design, synthesis, and biomedical applications”, Aynı lazerlerin kullanılmasıyla yapılan ve ilk so- JAacinco,uKn.,ts“UofsCe hoefmnaicnaolpRaersteiaclrecshfCorildt r4u2g, sd. e1l0iv9e7r-y11in07g,li2o0b0la9s.toma multiforme”, nuçları yakın bir zamanda elde edilen bir diğer ça- JEinxp, Rer.t, “RSeuvpieewr roofbNuesut rnoatnheorpaapretuictliecss,fCorilbt i7o,lso.g3y6a3n-3d7b2i,o2m00e7d.icine”, lışma, benzer bir yöntem kullanılarak hücrelerin de- AMnagrecwataon, dP.teDC.,hveemDieuIrnatne,rNna.,ti“oNneawl Eadsiptieocnts, Cofilnt 4an7,osp.h6a7r5m0-a6c7e5u3ti,c2a0l 08. ğişikliğe uğratılmasıdır. Sözü edilen mikroskop ob- delivery systems”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, jektiflerinden çok daha güçlü objektifler kullanıla- Cilt 8, s. 2216-2229, 2008. rak, fotonlar daha küçük hacimlere odaklanabili- Nazarov, G. V., Galan, S. E., Nazarova, E. V., Karishenko, N. N., yor ve hücreler üzerinde hiçbir yan etki bırakmayan Muradov, M. M., ve Stepanov, V. A., “Drug synthesis methods and ve yaşamsal bütünlüklerini hiçbir şekilde etkileme- manufacturing technology: nanosized forms of drugs”, yen değişiklikler yapılabiliyor. Örneğin tek bir hüc- PPİkahirankrc,miJB.aBace.s,ıum“tBic,iaoJolmsCeahpteehmriDaisl.stB”r,yrToJhoneuzrBinniooaml(Ceeddil.it)c,4aB3l o,Escn.ag1Ri6na3et-eo1rni7n:0Cg, R2H0Ca0n9Pd.rbeososkL,LC, 2000. re içindeki tek bir organel, bir adet mitokondri yok Patolsky F., Timko, B. P., Zheng, G., ve Lieber, C. M., edilmiş, ilerleyen günlerde izlenen hücrenin yaşam- “Nanowire-Based Nanoelectronic Devices in the Life Sciences”, sal bütünlüğünün devam ettiği tespit edilmiştir (Şe- Materials Research Society Bulletin, Cilt 32, s. 142-149, 2007. kil 5). Yok edilen hacim birkaç mikrometreküp yani birkaç femtolitredir. Nanoteknolojideki gelişmelerin moleküler bi- yoloji ve genetik alanlarında bilimsel araştırmalara yaptığı önemli katkıların sonunda, nanobiyotekno- loji yeni bir bilimsel disiplin olarak ortaya çıkmıştır. Şekil 6. Tek bir hücrenin içerisinde floresan boyayla işaretlenmiş mitokondriler (solda). İşaretlenmiş bu mitokondrilerden bir tanesi -kesik çizgili kırmızı çember içerisinde- fiber lazerden gönderilen femtosaniye atımlarla yok edilmiştir (sağda). (Tazebay ve İlday gruplarının ortak çalışması) 42

>< Bilim ve Teknik Mart 2011 Oğuzhan Vıcıl Konjestif Kalp Yetmezliği Tedavisinde Kablosuz İmplant Teknolojisi Kablosuz teknolojiler kişisel ve ev elektroniği alanlarında giderek yaygınlaşırken, buna paralel olarak sağlık ve tıp alanında da pek çok potansiyel barındırıyor. Bu konudaki son gelişmelerden biri, konjestif (kan veya sıvı toplanmasına bağlı) kalp yetmezliği çeken hastaların izlenmesi ve kontrol altında tutulması amacıyla Atlanta (ABD) merkezli CardioMEMS şirketinden geldi. Konjestif kalp yetmezliği, kan ve- ya diğer sıvıların dolaşım siste- minde toplanması sonucu basınç oluşması, bunun sonucunda da kalbin vü- cudun geri kalanına yeterli kan pompala- yamaması sonucu ortaya çıkıyor. Cardio- MEMS şirketi tarafından geliştirilen kab- losuz sensörler, pulmoner arter (akciğer atardamarı) içine yerleştiriliyor. Bu sen- sörler, mikroelektromekanik sistemler (MEMS) olarak adlandırılan milimetre ölçeğinde cihazların üretimine imkân ve- ren bir teknoloji kullanılarak tasarlanmış CardioMEMS’ten Deborah McGee, EndoSure sensörü inceliyor (GeorgiaTech Foto: Gary Meek) ve üretilmiş. Sensörün iki yanında bulu- di. Yapılan klinik araştırmaların sonuç- liğinin tanısında, kalp damarı içine kate- nan metal halkalar sayesinde, cihaz dama- ları ve analizleri geçtiğimiz Şubat ayın- ter (elastik çubuk) yerleştirilmesi ve şişi- rın iç duvarına tutunurken, merkezinde da The Lancet’de yayımlandı. Klinik araş- rilen balon yardımıyla damar içindeki ba- yer alan basınç dönüştürücüsü sayesinde tırmalarda, konjestif kalp yetmezliği çe- sıncın ölçülmesi yer alıyor. Bu ise uygu- damar içindeki kan akışını ölçebiliyor. Ba- ken hastalar rastgele iki ayrı gruba ayrıl- lama zorluğunun yanı sıra hastalara da sınç dönüştürücüler sayesinde, basınç de- dı. İlk gruptakilerin (270 hasta) ilaç teda- rahatsızlık da verdiği için işlemin tekrar ğişiklikleri elektriksel sinyal haline dönüş- vileri, doktorları tarafından sensörler ta- tekrar yapılmasını güçleştiriyor. Ataç bü- türülebiliyor. Bu sensörler, içinde herhan- rafından iletilen verilere dayanılarak be- yüklüğünde olan bu cihaz ise, stent takıl- gi bir pil barındırmayıp dışarıdaki bir ci- lirlenirken, ikinci gruptakilerin (280 has- ma işlemi sırasında hastanın damarına hazdan iletilen radyo frekans enerjisi sa- ta-kontrol grubu) tedavileri vücut ağırlı- doktor tarafından kolaylıkla yerleştirile- yesinde ihtiyacı olan güce sahip oluyor. ğı ve kan basınçlarının ölçülmesi gibi ge- biliyor ve sonrasında her muayenede pul- Hasta muayene yatağına uzanıp doktor leneksel yöntemler kullanılarak belirlen- moner arterlerdeki basıncın hasta açısın- elindeki cihazı hastanın vücuduna yaklaş- di. Altı aylık süre içinde ilk grupta bulu- dan konforlu ve kolay bir şekilde ölçüle- tırdığında sensör aktif hale geliyor, gerek- nan 83 hasta (ilk gruptakilerin % 30,7’si) bilmesine olanak veriyor. Bu sayede has- li ölçümleri alıyor ve verileri kablosuz ola- kalp yetmezliğine bağlı olarak hastaneye taların durumu sürekli izlenebiliyor ve te- rak doktorun kullandığı bilgisayara akta- yatırılırken, ikinci gruptakilerden 120 ki- davi bu cihazdan gelen verilere dayanıla- rıyor. Doktor da gelen verileri değerlendi- şinin (bu gruptakilerin % 42,9’u) hastane- rak yönlendirilebiliyor. Bunun neticesin- rip hastanın içinde bulunduğu durumun ye yatırılması gerekti. Bu sonuçlar gelişti- de, konjestif kalp yetmezliği çeken hasta- analizini çok daha sağlıklı bir şekilde ya- rilen cihazın faydaları konusunda önemli ların ilerleyen süreçte daha ciddi bir so- pabiliyor ve uygulanması gereken ilaç te- bulgular sunuyor. runla karşılaşma ve hastaneye yatma ola- davisini ayarlayabiliyor. Pulmoner arterdeki basıncın ölçülme- sılığı düşüyor. Bu cihazın etkinliğini test etmek ama- sinin ve tedavinin buna göre yapılması- cıyla araştırmacılar, ABD genelindeki 64 nın önemi bu çalışmadan önceki bilim- Kwawywn.ackarldariomems.com merkezde implant takılı 550 hasta üzerin- sel araştırmalarla da gösterilmeye çalışıl- Abraham, W.T. ve diğerleri, “Wireless pulmonary artery de altı ay süren klinik testler gerçekleştir- mıştı. Bu nedenle konjestif kalp yetmez- haemodynamic monitoring in chronic heart failure: a randomised controlled trial”, The Lancet, Cilt 377, Sayı 9766, s. 658-666, 19 Şubat 2011. 43

İhsan Gürsel * DNNNYeaaaNnnnnAioooKtpbıuiapylrlovçataenecıkımknloaAlroılanjindınleakriı Fuat C. Yağcı * Gizem Tinçer * Tamer Kahraman * Mayda Gürsel ** * Bilkent Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Biyoterapötik ODN Araştırma Laboratuvarı ** ODTÜ, Biyolojik Bilimler Bölümü Nükleik asitler ve onların oluşturduğu DNA ve RNA gibi makromoleküller artık sadece genetik bilginin depolandığı yalın biyolojik ajanlar olarak kabul edilmemektedir. Yakın geçmişteki araştırmalar bu makromoleküllerin özellikle bağışıklık sistemini oluşturan hücrelere çok farklı işlevler kazandırdığını ve bu hücrelerin bağışıklık düzenleyici görev yelpazesini de genişlettiğini göstermiştir. Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü’nde bu konuda yapılan çalışmalar, öncelikle söz konusu biyolojik ajanları bir nanoilaç olarak tasarlamayı ve model hayvan deneyleriyle bu ilaçların immünoterapideki uygulama potansiyellerini vee yelpazesini belirleyerek, klinik araştırmaların başlatılması için gerekli önbilgileri elde etmeyi amaçlamaktadır. Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Ge- lerini uyarabildiğini ya da etkinliklerini değiştirebil- netik Bölümü, Biyoterapötik Oligonükleotid diğini ortaya koymuştur. Araştırma Laboratuvarı, sentetik DNA di- zinlerinin tasarım ve formülasyonlarını geliştirerek Elde edilen yeni bulgular, bu etkilere yol açan fak- DNA temelli yeni nesil hedefe yönelik biyolojik kö- törlerin DNA dizininde bulunan özel motiflere ve kenli ilaç geliştirilmesi konularına odaklanmıştır. DNA’nın elde edildiği kaynağın tipine (prokaryo- tik veya ökaryotik) bağlı olduğuna işaret etmekte- DNA’nın son yıllara kadar sadece “genetik ko- dir. Örneğin, bakteri DNA’sı memeli DNA’sına oran- dun” depolandığı “yalın” bir makromolekül olarak la çok yüksek miktarda metilsiz “CpG (sitozin-fosfat- işlev gördüğü düşünülmekteydi. Özellikle immüno- guanozin)” motifi içermektedir. Bağışıklık sistemi loji (bağışıklık sistemini inceleyen bilim dalı), hücre hücreleri tarafından “tehlike sinyali” olarak algılanan biyolojisi ve moleküler biyoloji alanlarında son yıl- bu motifler, antijen sunumunda rol alan hücreleri ya- larda sürdürülen çalışmalarla DNA’nın bağışıklık sis- ni makrofajları, dendritik hücreleri ve B-Hücrelerini temi üzerindeki çok karmaşık “bağışıklık düzenleyi- uyarmaktadır. Memeli bağışıklık sistemi hücreleri ci” etkileri de gün ışığına çıkmaya başlamıştır. Son üzerinde CpG motiflerini tanımakla görevli resep- yıllardaki araştırmalar, DNA’nın elde edilmiş olduğu törün de (Toll benzeri reseptör 9-TLR9) keşfiyle, bu kaynağın tipine bağlı olarak bağışıklık sistemi hücre- olguyla ilgili araştırmalarda yeni bir çığır açılmıştır. Bu araştırmaların bir kısmı TÜBİTAK’tan alınan araştırma destekleriyle yürütülmüştür. Bu yazı AB 7. ÇP tarafından desteklenen Unam_Regpot projesi (No: 203953) çerçevesinde yazılmıştır. 44

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 Öte yandan, memeli DNA’sının telomerik ucun- leaz enzimleriyle parçalanması olduğu düşünülmek- Şema 1. da bulunan ve baz dizilimi TTAGGG şeklinde tekrar- tedir. Bu nedenle tedavi için gerekli düzeyde etkinleş- Nükleik Asit nanoparçacıklarının layan motifler, CpG motiflerinin aksine memeli ba- tirme sağlanmasında sorunlar yaşanmaktadır. değişik yöntemlerle hazırlanma prensipleri ğışıklık sistemi hücrelerinin etkinleşmesini baskıla- yabilmektedir. Laboratuvar ortamında, klinik saflık- Bilkent’te yapılan araştırmaların hedeflerinden biri, ta ve kalitede sentezlenebilen bu kısa ve tek sarmal- işte bu düşük biyolojik etkinin artırılması için değişik lı dizinler (CpG ve TTAGGG motifleri), bakteri veya stratejiler geliştirmektir. Şema 1, alternatif yaklaşımları memeli DNA’sının bağışıklık düzenleyici özellikleri- özetlemektedir. Buradan da görüleceği gibi, DNA veya ni taklit edebildiğinden immünoterapide kullanım- RNA gibi immünolojik (bağışıklıkla ilgili) etkinlikleri larının yolu açılmıştır. bilinen makromoleküllerin, dört farklı yaklaşımla da- hakararlıhalegelmelerinivebağışıklıkhücrelerineula- Model hayvanlar (belirli bir biyolojik olgunun an- şana kadar dolaşımda daha uzun süre kalmalarını sağ- laşılması için üzerinde inceleme yapılan hayvanlar) lamak hedeflenmektedir. Özetle, DNA ile RNA mole- üzerinde yapılan klinik öncesi çalışmalar, sentetik oli- küllerini, dendrimerik yapılarla veya G-tetratların yar- godeoksinükleotidlerin (DNA’yla benzer yapıda kısa dımı ile kompleksleştirmek mümkündür. Ayrıca poli- nükleik asit zincirleri) etkinliklerini sınırlı düzeyde sakkaritlerle bu ajanların nanoyapılara dönüştürülme- gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu düşük biyolojik et- si de uygulanmaktadır. Son olarak laboratuvarımızda kinin başlıca nedeninin bu sentetik oligodeoksinük- geliştirilen lipozomlarla da DNA ve RNA’yı nano-ke- leotidlerin serum proteinlerine bağlanması veya nük- seciklere dönüştürebilmekteyiz. 45

DNA Nanoparçacıklarının Nanotıp ve Nanobiyoteknolojideki Yeni Kullanım Alanları rası patentleri alınan bu DNA parçacıklarının bağı- Nanoparçacık ODN’lerin şıklığı baskılayıcı etkisi, dizinlerinde bulunan G baz- Anti Tümör Etkisi larının kendi aralarındaki etkileşimleri (G-Tetratlar) Tümör oluşumundan 35 gün sonucu nanoparçacık halinde bulunmasına bağlıdır. sonra (tedavi görmemiş fare) (Solda) Daha sonra yapılan in vitro (canlı organizma dı- NP-420ODN uygulanmış fare şındaki) hücre kültürü çalışmaları, bu baskılayı- (tedaviden 42 gün sonra) cı DNA’ların bağışıklık sistemi hücrelerinden salınan (Sağda) çeşitli sitokin ve kemokinlerin (hücreler arası iletişim sağlayan özel moleküller) oluşumunu engellediğini Telomerik DNA’nın G-Tetratları DNA Nanoparçaçıklarının göstermiştir. Paralelinde yürütülen in vivo (canlı orga- oluşturma prensibi İn Vivo Etkileri nizma içindeki) çalışmalar ise baskılayıcı DNA’nın rö- Eksozomların ultra matoid artirit, sistemik lupus eritematozus (SLE), akci- yapılarının geçirimli elektron Yaygın ve konvansiyonel kanser tedavileri denince ğer iltihabı, silikozis, diyabet, toksik şok, deneysel oto- mikroskopisindeki akla hemen kemoterapi ve radyasyon tedavisi gelmek- immün ensefalomiyelit gibi birçok otoimmün ve oto- görüntüleri tedir. Bu yaklaşımlar ilk etapta belli düzeyde yararlı- enflamatuvar hastalığın şiddetini azaltabildiğini veya lık gösterseler de ciddi yan etkileri nedeniyle hastalar- semptomlarını ortadan kaldırabildiğini göstermiştir. da büyük sorunlara yol açmaktadırlar. Bu tarz tedavi- ler tümör dokusunun yok olmasını sağlarken aynı za- Yakın geçmişte, Biyoterapötik ODN Araştırma manda tümöre karşı savaş verme yeteneği en yüksek Laboratuvarı’nda yapılan bir çalışmada, fare ve tav- olan bağışıklık hücrelerini de yok etmektedirler. So- şan modellerinde oluşturulan otoimmün üveit (üvea nuç olarak yetersiz kalan savunma sistemi işlevini ye- iltihabı) hastalığının tedavisinde bu baskılayıcı DNA rine getiremediğinden, kanseri sınırlandıracak her- nanoparçacıkları kullanılmıştır. Bu çalışmada, bas- hangi bir engel kalmamakta ve hastalık yeniden baş kılayıcı DNA nanoparçacıklarının, otoimmün üve- gösterebilmektedir. Dahası hasta başka hastalıklara it semptomlarının hem lokal (gözde) hem de siste- yakalanma riskiyle de karşı karşıya kalabilmektedir. mik olarak (tüm vücutta) şiddetini ve sıklığını azalt- tığı gösterilmiştir. CpG motifleri içeren DNA’ların bağışıklık siste- mini etkinleştirebildiğinin anlaşılmasıyla, bu dizi- Kısa sarmallı bir DNA parçası olarak hazırlanan lerin kemoterapi/radyasyon tedavisine alternatif bir ve hayvanlara serbest halde enjekte edilebilen bu bi- yöntem olarak kullanılma potansiyeli de araştırılma- yolojik kökenli etken madde, immün baskılamayı di- ya başlanmıştır. ğer kimyasal kökenli baskılayıcı ilaçlardan çok fark- lı bir şekilde gerçekleştirdiğinden kullanımının her- Bilkent’te geliştirilen, kendi kendine nano boyutta hangi bir yan etki oluşturmaması, sağlık alanında parçacık oluşturabilen yeni nesil oligonükleotidlerin kullanılabilirliği açısından fark yaratmaktadır. İn- hepatosellüler karsinoma (karaciğerin primer kanse- sanlar üzerinde yapılacak klinik deneylerle insanda ri) modelindeki etkinliği grubumuz tarafından araş- kullanımının uygunluğu belirlenmelidir. tırılmıştır. Fare modelinde oluşturulan tümör, hay- vanlara birer gün arayla üç kez enjekte edilerek teda- Nükleik Asit İçeren Nanolipozomların vi edilmeye çalışılmış, tedavinin etkinliği, farelerde- Bağışıklığa Olan Etkileri ki tümörlerin büyüklüğündeki değişim takip edile- rek araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, DNA nano- Yine bizim laboratuvarımızda hazırlanan ve pa- parçacıklarıyla yapılan bu tedavinin, bağışıklık hüc- tentleri de bize ait olan bir teknolojiyi kullanarak relerini etkinleştirerek farelerdeki tümör hacmini % nükleik asitleri aşı çalışmalarında kullanıyoruz. Li- 90’dan fazla azalttığını göstermiştir. pozomlar (fosfolipid içeren sentetik zarlar) deği- şik özelliklerde hazırlanabilen ve içlerine DNA veya Baskılayıcı DNA Nanoparçacıklarıyla RNA moleküllerini hapsedebilen zarsı nanoyapılar- Otoimmün Hastalıkların Tedavisi dır. Bu nedenle biz de lipozomları aşı taşıyıcı sistem- ler olarak tasarlayarak farelerin hastalıklara karşı ba- Memeli DNA’sındaki TTAGGG motiflerinin et- ğışıklık yanıtlarını geliştirmeye uğraştık. Bulguları- kinleşen bağışıklık sistemi hücrelerinin saldığı bir- mız, ovalbümin antijeninin, nanolipozomların içine çok medyatörü baskıladığı anlaşılınca bu DNA nano- hapsedilerek DNA’larla birlikte vücuda verildiğinde parçacıklarının otoimmün hastalıkların baskılanması çok etkin immün tepkilere yol açabildiğini göster- için tedavi amacıyla kullanılması fikri ortaya atıldı. İlk miştir. Bu bilgiler yeni ve etkin aşı formülasyonları- kez Bilkent laboratuvarlarında tasarlanan ve uluslara- nın geliştirilmesinin de önünü açacaktır. 46

Hücrelerden Salınan Eksozomların <<< Bilim ve Teknik Mart 2011 (Nano-keseciklerin) kent Biyoterapötik ODN Araştırma Laboratuvarı’nda Nanotıptaki Olası Kullanımları eksozomların DNA parçacıkları ile yüklendiği de- Deneysel olarak tavşan neylerden elde edilen bulguların bunu destekler ni- gözünde endotoksin Bilkent Üniversitesi Biyoterapötik ODN Araştırma telikte olması. Yapılan çalışmada makrofaj hücre hat- uygulamasıyla oluşturulan Laboratuvarı’nda nanotıp alanında yapılan çalışma- tından (laboratuvar ortamında yaşatılan hücre soyu) üveit modeli lar sadece bağışıklık yanıtı artırıcı ve baskılayıcı DNA izole edilen eksozomlar, bağışıklık yanıtını artırıcı ve parçacıkları ile sınırlı değildir. Araştırma grubumuz baskılayıcı farklı DNA parçacıkları ile yüklendi. DNA bu DNA parçacıklarının yanı sıra, hücrelerin çevrele- yüklü bu eksozomların aynı hücre hattına ait hücre- rine saldıkları nano büyüklükteki keseciklerle de ilgi- lerle bir arada bekletilmesi, bu keseciklerin doğal taşı- lenmektedir. Hemen hemen tüm hücreler tarafından yıcı olabilme özelliğini ortaya çıkardı. Bu çalışma vü- salınan nano-keseciklerin büyüklüğü 30-100 nm ara- cut içerisinde doğal olarak bulunan bir nano-keseci- sında değişir. Salınan bu nano-keseciklere genel ola- ğin vücut sıvısından elde edildikten sonra bir taşıyıcı rak eksozom denir. Vücut sıvılarına salınan bu ekso- olarak kullanılarak otoimmün hastalıklardan kansere zomlar çeşitli biyolojik olaylar (örneğin farklı etkinleş- kadar birçok hastalıkta ilaçların etkisini düzenleyebi- me durumu veya farklı fizyolojik stres durumu) so- lecek bir araç olabileceğini gösteriyor. nucu ortaya çıktıkları için, hem zar kompozisyonla- rı hem de içlerinde taşıdıkları yükler farklılık gösterir. Sonuç olarak, DNA ve RNA gibi biyolojik kökenli nanoparçacıkların immün terapide kullanımları ye- Eksozomların en önemli özelliklerinden biri de, ni bir araştırma alanını oluşturmaktadır. Bu biyomo- içerikleri ne olursa olsun bu keseciklerin özellikle leküllerin daha yaygın ve değişik alanlardaki etkile- bağışıklık hücreleri tarafından fagositoz yoluyla yu- rinin anlaşılması ile klinikte yan etkisi çok az nano- tulması ve o hücrenin biyolojik durumunu etkileme- ilaçların tasarımı da mümkün olacaktır. Bu alanlar- sidir. Dolayısıyla bu kesecikleri alan hücreler ya fark- da yapılacak ileri çalışmaların ışığında ve preklinik lı işlevler kazanır ya da çeşitli biyolojik etkiler altında araştırmaların oluşturacağı deneyimle kanserden kalır. Son yıllardaki çalışmalar, bağışıklık hücrelerin- alerjik hastalıklara, otoimmün hastalıklardan bulaşı- ce alınan eksozomların bu hücrelerde cı hastalıkların kontrolüne uygun, yeni nesil nano- ilaçların kliniğe geçmesinin de önü açılacaktır. a) etkinleştirme sinyalinin elde edilmesini b) etkinleştirme sinyalinin artırılmasını KEraiyknçia,kEl.a, rGürsel, M., Gürsel, İ., “Differential Klinman, D. M., Currie, D., Gürsel, İ., Verthelyi, c) etkinleştirme sinyalinin kontrol edilmesini immune activation following encapsulation of CpG D., “Use of CpG oligodeoxynucleotides as immune yönlendirebildiğini gösteriyor. oligodeoxynucleotides in nanoliposomes”, Biomaterials, Tadajkuevsahnittas”,,FI.m, Gmüurnseoll,.İR.,eIvs.h,iSi,aKyı.1J.9,9S,usz.u2k0i1,-K2.1,6G,ü2r0s0e4l,. Kısacası bağışıklık hücreleri nano-kesecikleri ta- (in press), 2010. şıdığında bu hücrelerin bağışıklık tepkileri üzerin- Yağcı, F. C., Aslan, O., Gürsel, M., Tinçer, G., Özdamar, M., Klinman, D. M., “Signal transduction pathways de bir düzenleme gerçekleşiyor. Ayrıca eksozomların Y., Karatepe, K., Akçalı, C. K., Gürsel, İ., “Mammalian mediated by the interaction of CpG DNA with toll-like birçok vücut sıvısından saflaştırılabilmesi, farklı has- Telomeric DNA Suppresses Endotoxin Induced rIsehceiip, Kto.rJ9.,”K, Saewmaikna.mImi,mKu.,nGoül.,rsSealy,ıİ.1,6Jo, ss.h1i,7B-2. 2H,.2, 004. talık koşullarında vücut içindeki miktarlarının tayi- Uveitis”, J. Biol. Chem., Cilt 285, Sayı 37, s.28806-11, nini sağlıyor. 2010. Klinman, D. M., Puri, R. K., “Anti-tumor therapy Eksozomların, hücre biyolojisi ve immünobiyolo- Gürsel, M., Gürsel, İ., Mostowski, H. S., Klinman, with bacterial DNA and toxin: complete regression of jik çalışmalarda kullanılmasının yanı sıra biyotıp uy- D. M., “CXCL16 influences the nature and specificity established tumor induced by liposomal CpG ODN gulamalarında tanı ve tedavi amaçlı kullanılması da of CpG-induced immune activation”, J. Immunol., plus IL-13 cytotoxin”, C20li0n3. .Cancer Res., Cilt 9, son yıllarda giderek artıyor. Bu çalışmalardan biri, Cilt 177, Sayı 3, s. 1575-1580, 2006. Sayı 17, s. 6516-6522, Behçet Hastalığında, hücreler tarafından salınan ek- Klinman, D. M., Gürsel, İ., Klaschik, S., Dong, Gursel, İ., Gürsel, M., Yamada, H., Takeshita, F., Ishii, sozomların kandaki miktarlarının ve hücrelerin yü- L., Currie, D., Shirota, H., “Therapeutic potential K. J., Klinman, D. M., “Repetitive elements present in zeylerinde bağışıklığın etkinleştiğine dair göstergele- of oligonucleotides expressing immunosuppressive mammalian telomeres suppress CpG DNA induced rin miktarının arttığını gösteriyor. Bu bulgu otoim- TSaTyAı 1G0G58G, sm. 8o7t-if9s5”,,A2n0n05. N. .Y. Acad. Sci., immune activation”, J. Immunol., Sayı 171, mün hastalıklarda eksozomların etkili rollerinin ol- s. 1393-1400, 2003. duğuna dair bir kanıt olarak kabul ediliyor. Behçet Xie, H., Gürsel, İ., Ivins, B., O`Hagan, D., Ulmer, J., Gursel, İ., Gürsel, M., Ishii, K. J., Klinman, D. M., hastalarından izole edilen eksozomların içeriğinin Klinman, D. M., “CpG oligodeoxynucleotides adsorbed “Sterically stabilized cationic liposomes improve de belirlenmesi ile birlikte bu nano-kesecikler hasta- onto PLG microparticles improve the immunogenicity the uptake and immunostimulatory activity of CpG lığın tanısı için de önemli bir araç olacak. and efficacy of anthrax vaccine”, Infect. Immun., Soaliygıo6n,usc. l3e3o2ti4d-e3s3”,2J8.,Im20m01u.nol., Cilt 167, Eksozomlar hastalıkların tanısının yanı sıra hasta- Cilt 73, Sayı 2, s. 828-833, 2005. lıkların kontrolü ve tedavisi için de önemli bir araç ol- ma potansiyeli taşıyor. Buna en önemli kanıt ise Bil- 47

Ömer Salihoğlu Atilla Aydınlı Nanokristaller Yoğun madde fiziği derslerinde ideal kristalin tanımında kullanılan ölçütlerden biri de kristalin sonsuz büyüklüklerde olmasıdır. Oysa, gerçek kristaller sonlu büyüklüklerdedir. Kristallerin büyüklükleri milimetrikten, gözle görülürden, elle tutulurdan ancak özel mikroskoplarda görülebilecekleri nanometrik büyüklüklere indirildiğinde, büyük iken gözlenemeyen bazı yeni özellikler kendini gösterir. Bu özellikler, çoğu zaman kuantum mekaniği kullanılarak hesaplanabilir ve öngörülebilir. Nanometrik büyüklükteki kristallere birçok örnek verilebilir. Bunlardan belki de en eskiden beri bilinen ve en çok kullanılanı altındır. Uzun öğütme süreçleri sonucu elde edilen nanometrik büyüklükteki altın nanoparçacıklar, büyükken sahip oldukları rengin yerine daha farklı renkler gösterdiklerinden, Ortaçağ Avrupasında kilise pencerelerinin ve kâselerin renklendirilmesinde kullanılmıştı. Günümüzde hemen her çeşit nanokristal üretimi ve kullanımı yaygınlaşıyor. Kaplama teknolojilerinden güneş pillerine, flaş belleklerden biyosensörlere kadar geniş bir yelpazede uygulama alanı bulan nanokristallerle kanserli hücrelerin manyetik olarak yok edilmesi bile düşünülüyor. Mikroelektronik dünyasının vazgeçilmez Elektronların iletkenlik bandından değerlik ban- elementi silisyum (Si) başta olmak üze- dına geçişleri sırasında hem enerjinin hem de mo- re, birçok yarı iletken malzemeden na- mentumun korunması gerekir. İletkenlik bandında- nokristaller elde edilebilir. Nanometrik büyüklük- ki en küçük enerji durumundaki elektron, değerlik te ortaya çıkan yeni özelliklere en çarpıcı örnek- bandındaki en büyük enerji durumuna geçmek is- lerden biri silisyumdur. Yarı iletkenlerde, iletken- ter. Ancak her iki durumun momentum değeri çok lik elektronlarının alabileceği en küçük enerji de- farklıdır. Bu durumda, iletkenlik bandındaki elekt- ğeri ile değerlik elektronlarının alabileceği en bü- ron değerlik bandına geçerken aradaki farkı kristalin yük enerji değeri arasında hiç bir elektronun ala- örgü titreşimlerini uyararak karşılar. Bu nedenle ge- mayacağı enerjilerin bulunduğu yasak enerji bölge- çişler yavaştır ve geçiş sırasında enerjinin korunumu si vardır. Bu bölgenin genişliği silisyum kristalle- gereği ortaya çıkan kızılötesi ışıma da çok zayıftır. ri için oda sıcaklığında 1,12 eV’tur (elektronVolt). Öte yandan, silisyumun büyüklüğü birkaç nanomet- Silisyumda iletkenlik elektronlarının alabileceği en reye indiğinde, elektronların enerji dağılımları deği- küçük enerji değerine karşılık gelen elektron mo- şir, elektron geçişleri sırasında momentum farkının mentumu ile değerlik elektronlarının alabileceği en karşılanmasına gerek kalmadığından elektron geçiş- büyük enerji değerine karşılık gelen elektron mo- leri daha kolay olur ve silisyum nanokristalleri elekt- mentumu birbirinden çok farklıdır.(Şekil 1). romanyetik tayfın görünür bölgesinde çok daha kuv- vetli ışıma gösterir. Silisyumun kuvvetli ışıması tek- Şekil 1. Ec EG nolojik olarak çok önemlidir. Mikroelektronik dev- Silisyum kristalinde iletkenlik relerin vazgeçilmez malzemesi olan silisyumun kuv- bandındaki elektronun 0,97 eV 1,2 eV vetli olarak ışıması halinde sadece elektronik fonksi- değerlik bandına geçişi. yonlar için değil optik fonksiyonlar için de bir mal- Düşey eksen elektron zeme elde edilmiş olur. enerjisine, yatay eksen elektron momentumuna karşılık gelir. Günümüz mikroişlemcilerinde hızı sınırlayan en önemli faktörlerden biri transistörlerin hızı değil Ev transistörler arası iletimi sağlayan iletken hatlardır. 48

>>> Bilim ve Teknik Mart 2011 Bu hatların elek- atomu dizileri, na- 5 nm trik direnci (R) ve nokristalin kusursuz kapasitansı (C) devrenin bir şekilde büyüdüğünün (RC) zaman sabitini oluşturur, bir göstergesidir. 2 uzun zaman sabitleri de iletişimi boğar. Uzun iletim hatları devrelerin yavaşlaması demek- Günümüz bilgisayar ve cep telefonu tir. Mikroelektronik devreler arası iletişimin ışık- teknolojisinde önemli elemanlardan biri de bellek la yapılması bu ve benzer sorunlara bir çözümdür. kapasitesidir. Mevcut teknolojilerin sınırlarını zorla- Bu amaçla silisyum nanokristallere dayalı ışık saçan mak ve daha küçük hacimlere daha büyük bellek ka- 1 diyotların (LED) geliştirilmesi için yoğun çaba gös- pasitesi sığdırmak için düşünülen yöntemlerden bi- Şekil 2. terilmektedir. Çeşitli dielektrik ortamlarda büyütü- ri de nanokristallere dayalı flaş belleklerdir. Üst üs- Silisyumoksit içindeki silisyum len nanokristaller kullanılarak yapılan LED’lerin ışı- te koyulan metal-oksit-yarı iletken tabakalardan olu- nanokristalin geçirgen ma verimleri hâlâ istenenden daha düşüktür, ancak şan MOS kapasitörler elektronik devrelerde de çok elektron mikroskobu silisyum nanokristallere dayalı lazerlerin üretilme- sık kullanılır. Bu şekilde tasarlanan bellek elemanla- ile elde edilmiş görüntüsü. si umudu vardır. Elektrik güç kaynağı kullanılarak 1 nanokristalin olduğu bölgeyi, yapılacak silisyum lazeri şüphesiz bilim ve teknolo- 2 amorf silisyumoksit ji dünyasında büyük yankı yapacaktır. Yüksek güç- matrisi gösteriyor. te ışıyan silisyum LED’lerin ve daha da iyisi lazerle- rin geliştirilmesi halinde mikroişlemci devrelerinde rında silisyum nanokristaller oksit tabakasının içine hız artışı sağlanmasının yanı sıra birçok başka ihti- gömülür. Kapı geriliminin değerine göre, nanokris- yacın da karşılanacağı şüphesizdir. Bir silisyum na- tallere elektronlar yüklenir (yazma işlemi) veya de- nokristalinin elektron mikroskopisi ile elde edilmiş şarj edilir (silme işlemi) (Şekil 3). Bu tip belleklerin bir görüntüsü Şekil 2’de verilmiştir. Bu şekilde, si- geliştirilmesinde sorun, bütün nanokristallerin aynı lisyum nanokristal, amorf silisyumoksit bir matris büyüklükte yapılması koşuludur. içindedir. Şekle dikkatli bakıldığında 1 ile gösterilen Silisyum nanokristallerin üretilmesinde kulla- koyu dairesel bölgede gözlemlenen düzenli silisyum nılan birçok yöntem vardır. Bunlardan biri plazma ile hızlandırılmış gaz fazından kimyasal depolama (PECVD) yöntemidir. Silisyum nanokristalleri için uygun oranlarda karıştırılan SiH4 (silisyum hid- rür) ve N2O (diazot monoksit) gazlarının, 13,5 MHz rf alanında iyonize edilmesi ile 250°C’ye ısıtılan si- 49