Dünya genelindeki bilimsel laboratuvarlarda yıl içinde geliştirilen en önemli 10 teknolojik buluş, tıp, elektronik, fizik ve kimya alanlarında gerçekleştirildi.
ODTÜ Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ural Akbulut, uluslararası bilimsel yayınlar Science ve Nature gibi kaynaklardan 2014'te dünya bilim dünyasında yaşanan önemli gelişmeleri derledi. Buna göre, 2014'ün en iyi teknolojik buluşlarından biri, ABD’de Cincinnati Üniversitesinde Biyokimya ve Hücre Biyolojisi profesörü olan J. M. Wells, kök hücreden minyatür insan midesi üretmesi oldu.
Kök hücreden minyatür insan midesi
Geçen yıl kök hücreden minyatür böbrek üretilip başarıyla fareye nakledildi, ancak kök hücreden minyatür insan midesi üreten olmadı. Araştırmacılar, helikobakter pilori adlı bakterinin neden olduğu gastrit, ülser ve bazı mide kanserlerinin tedavisi için bu bakteriyi yakından inceliyor. Bu mide hastalıkları, hayvanlarda gelişmediği için hastalık mekanizmasını araştırabilmek amacıyla Prof. Dr. Wells, kök hücreden minyatür insan midesi ürettiklerini açıkladı.
Minyatür midelere helikobakter pilori bakterisi enjekte edilince, bakterinin normal midedeymiş gibi büyüyüp yayıldığı açıklandı. Bu yöntemle üretilecek minyatür organlara "organoid" deniliyor. Organoidlerin, hastalıkların gelişme mekanizmasının anlaşılmasını sağlayarak tedavinin başarısını arttırması bekleniyor. Wells, mide kanseri nedeniyle ameliyat olanların midelerine bu yöntemle yama yapmanın mümkün olabileceğini vurguladı. Çalışma, Nature Dergisi’nde yayımlandı.
Fare beynine nakledilen indüklenmiş nöral kök hücreler çalışır hale geldi
Lüksemburg Üniversitesi Biyomedikal Sistemler Merkezinde (LCSB), indüklenmiş nöral kök hücreler farelerin beynine başarıyla nakledildi. Prof. Dr. J. Schwamborn ve doktora öğrencisi K. Hemmer, naklettikleri kök hücrelerin 6 ay sonra beyne uyum sağlayıp beyindeki nöral devrelerle bağlantı kurduğunu açıkladı.
Schwamborn, indüklenmiş nöral kök hücreleri farelerin bağ dokularından elde ettiklerini açıkladı. Daha önce yapılan benzeri çalışmalarda, indüklenmiş pluripotent kök hücre (tüm hücre tiplerine dönüşebilme yeteneğine sahip kök hücre) kullanılmaktaydı. Ancak o hücreler, hayvan deneylerinde kullanıldığında çoğu kez tümöre dönüşmekteydi. Bu çalışmada, kullanılan hücreler ise tümöre dönüşmediği gibi fonksiyonel hale geldi.
Schwamborn, bu teknolojiyi geliştirip insanlara uygulama aşamasına getirmek istediklerini ancak bunun için uzun yıllar gerektiğini açıkladı. Parkinson hastaları için hastaların beynindeki hasta nöronların yerine, bu yöntemle üretilen sağlıklı nöronların yerleştirilmesi hedefleniyor. Bu çalışma, Stem Cell Reports Dergisi’nde yayımlandı.
Lazer ışınıyla objeler hareket ettirildi
Avustralya’da geliştirilen lazer ışınlarıyla, küçük bir obje 20 santimetre uzağa taşındı. Avustralya Ulusal Üniversitesinin Lazer Laboratuvarı’nda geliştirilen ve içi boş bir boru şeklindeki lazer ışınıyla, küçük objeler itilerek veya çekilerek hareket ettirilebiliyor.
Prof. Dr. W. Krolikowski ve ekibi altınla kaplı küçük bir camı, lazerle diğer tekniklerden 100 kat uzağa taşıdı. İçi boş olan ve dışı altınla kaplanan küçük camların lazerle hareket edebilmesi için çaplarının 0,2 milimetre veya daha küçük olması gerekiyor. Lazer ışınının ortasında bulunan boşluktaki camın ve camın çevresindeki havanın lazerle ısıtılması sayesinde camın hareket ettiği açıklandı. Bu çalışma Nature Photonics’te yayımlandı.
İnsan beynini örnek alan entegre devre yapıldı
İnsan beynini örnek alan Doç. Dr. K. Boahen, normal bir bilgisayardan 9 bin kez hızlı işlem yapan bir entegre devre üretmeyi başardı. ABD’de Stanford Üniversitesinin Biyomühendislik Laboratuvarı’nda çalışan Boahen ve ekibinin geliştirdiği entegre devrelerle yapılan devre kartı, 40 bin dolara mal oldu.
Boahen, seri üretime geçildiğinde devre kartının maliyetinin 400 dolara kadar düşeceğini açıkladı. Boahen, bir fare beyninin korteks bölümünün bile bir masaüstü kişisel bilgisayardan 9 bin kez hızlı işlem yaptığını hatırlattı. Boahen, farenin beyninde belirli bir işlem yapılırken harcanan enerjinin, aynı işlemi yapan bilgisayardan 40 bin kat daha az güç kullandığını da vurguladı.
Neurogrid denilen sistem, yaklaşık bir milyon nöron ve bir milyar sinaptik bağlantıya eşdeğer işlem yapabiliyor. Bu sistemle, felçli hastalara elektronik kontrollü protez eklem takılarak yürümeleri sağlanabilecek. Bu buluş, IEEE tarafından yayımlandı.
Karınca boyutunda telsiz cihazı yapıldı
ABD’nin Stanford Üniversitesinde Yrd. Doç. Dr. A. Arbabian ve ekibi, boyutu bir karınca kadar olan ve pil kullanmayan telsiz cihazı yaptı. Arbabian, Elektrik Mühendisliği laboratuvarlarında geliştirdiği telsizi, gerektiğinde kitap sayfalarının arasına da koyabilmek için ürettiğini açıkladı. Arbabian, üç yıl önce, normal telsizi yeterince küçültemeyeceğini fark etti. Arbabian, alıcı ve verici antenleri küçülttü ancak pil küçülemeyeceği için telsizi pilsiz yapmanın yolunu aradı.
Kısa sürede, telsizdeki alıcı antene ulaşan elektromanyetik dalgaların enerjisini kullanan telsizi tasarlayıp üretti. Sistemin küçültülüp pile ihtiyaç duymaması için telsizin tüm parçalarını, küçük bir entegre devreye (mikroçip) sığdırdı. Bu telsizin amacı konuşarak haberleşmek değil, cep telefonu ve benzeri cihazlardan internet aracılığıyla akıllı cihazlara komut iletmek. Mikrofon ve hoparlöre de gerek kalmadığı için telsizin tek bir entegre devreye sığması mümkün oldu. Telsizin maliyetinin bir dolardan az olduğunu açıklayan Arbabian, ilerde bu telsizlerden trilyonlarcasını ev ve iş yerlerine yerleştirerek dünyanın her yerine ulaşılabileceğini belirtti.
ABD’de metastatik kanser hücrelerini yok eden bir yöntem geliştirildi
ABD’de Cornell Üniversitesinin biyomedikal mühendislik laboratuvarında, akyuvarlara iki tür protein bağlanarak metastatik kanser hücreleri yok edildi. Kanserde, ameliyat ve radyoterapi ile primer tümörlerden kurtulmak mümkün olabiliyor. Ancak kan veya lenf dolaşım sistemi içinde hareket eden metastatik kanser hücrelerini yok etme olanağı henüz yok. Cornell Üniversitesinde profesör olan M. King, insan kan örneğine benzer bir karışımda, E-selectin ve TRAIL proteinlerini akyuvarlara bağladığını açıkladı. Yaptıkları gözlemler, bu iki proteinle kaplı akyuvarlarla karşılaşan kanser hücrelerinin tamamının öldüğünü gösterdi. Laboratuvarda yürütülen bu çalışma, kanser hastaları için yeni bir umut oldu. Çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences of USA tarafından yayımlandı.
Nanomotorlar canlı insan hücresinin içinde hareket ettirildi
ABD’de, Penn State Üniversitesinde kimya profesörü olan T. Mallouk ve ekibi üç nanometre uzunluğunda altın-rutenyum çubukları hazırladı. Üç nanometrelik altın-rutenyum çubuklar, bu tür deneylerde kullanılan ve Henrietta Lacks (HeLa) adlı kadından alınmış rahim ağzı kanser hücrelerinden laboratuvar çalışmalarında kullanılmak üzere özel olarak üretilmiş olan canlı kanser hücrelerine yerleştirildi.
Canlı hücre içindeki nano çubuklar, ultrasonik dalgalar yardımıyla hareket ettirildi. Nano çubuklar, manyetik alan uygulanarak döndürüldü. Mallouk, canlı hücre içinde hareket eden ve döndürülen ilk nano motoru yapan kişi oldu. Nano motorlar, birbirinden bağımsız hareket ettiği için kanser tedavisinde kullanılabilecekleri açıklandı. Nanomotor hızlanınca, hücre içindeki her şeyi parçaladığı belirtildi. Mallouk sistem geliştikçe, sağlıklı hücrelere zarar vermeden kanserli hücrelerin yok edileceğini açıkladı. Çalışma, Angewandte Chem. Int. Ed. Dergisi’nde yayımlandı.
Grafen kullanılan ilk bükülebilir ekran yapıldı
Grafen adlı malzeme, elmas gibi saf karbon atomlarından oluşuyor. Grafit adlı malzemede, karbon atomlarının oluşturduğu levha katmanlarından her bir tekine grafen deniliyor. Bu levhaların kalınlığı tek bir karbon atomu kadar. Grafen, 2004’te Manchester Üniversitesinde grafitten elde edilinceye kadar pek bilinmiyordu. Grafenin keşfi, nanoteknoloji alanında ve mikro boyutlardaki elektronik malzemelerin üretiminde önemli bir gelişme oldu.
İngiltere’de Cambridge Üniversitesi Grafen Merkezinde, ilk kez grafen kullanılarak esnek ekran üretildi. Televizyon, bilgisayar veya telefon ekranlarının bükülebilir olması için farklı malzemeler denendi. Bükülebilen bir ekranda, görüntü elde etmek için kullanılacak malzemeler elektriği iletmeli ve şeffaf olmalıydı. Elektrik ilettiği ve şeffaf olduğu için en çok kullanılan malzeme ITO (İndiyum-Kalay Oksit) adlı maddeydi. Grafen ITO’dan ve benzeri oksitlerden çok daha esnekti. Bu buluş sayesinde, grafen kullanarak elbise gibi giyilebilen ekran yapma şansı doğdu.
Güneş enerjisini elektrik enerjisine çevirip depolayan sistem
Güneş pilleriyle, güneş enerjisi elektrik enerjisine çevriliyor ve akülere aktarılıp depolanıyor. Elektrik aktarılırken enerji kaybı çok fazla oluyor. ABD’de Ohio State Üniversitesinde geliştirilen güneş enerji pillerinin, elde ettiği elektriği kendi içinde depoladığı açıklandı. Kimya profesörü Yiying Wu, bu sistem, elektriği üretim aşamasında kendi içinde depoladığı için enerji kaybının en az düzeyde olduğunu belirtti. Bu çalışma Nature Dergisi’nde yayımlandı ve patent başvurusu yapıldı.
Güneş sistemi dışında, ilk kez su bulutu bulundu
Avustralya’da New South Wales Ünivesitesinde fizik profesörü olan C. Tinney ve ABD’den üç araştırmacı, güneş sistemi dışındaki ilk buz bulutunu buldu. Güneş sistemindeki Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün dev boyutlarda gaz gezegenlerdir. Bu gaz gezegenlerde, donmuş su bulutları olduğu biliniyordu. Ancak güneş sistemi dışında buz bulutuna rastlanmamıştı. C. Tinney ve ekibi, Şili’de Las Campanas Gözlem Evi’nde, yakın kızılötesi teleskobuyla güneş sistemi dışındaki bir gök cisminde donmuş su bulutu buldu.
Bu gök cismi, daha önce NASA’nın uzay aracı tarafından tespit edilmişti ancak dünyadan görülebileceği sanılmıyordu. NASA, bu gök cismine W0855 adını vermiş ve onun bir “Kahverengi Cüce” olduğunu açıklamıştı. Evrendeki kahverengi cücelerin varlığı, 1995’ten beri biliniyor ve ne yıldız ne de gezegen sınıfına giremeyen gök cisimleri olarak tanımlanıyorlar. Profesör Tinney, "Güneş sistemi dışındaki bu gök cismini dünya üzerinden teleskopla ilk kez gören ve su bulutunun varlığını belirleyen ilk araştırmacılar olmaktan mutluyuz" dedi. Bu araştırmanın detayları The Astrophysical Journal adlı dergide yayımlandı.