Virüs ya da bakteri boyutlarında, ama tümüyle bizim kontrolümüzde bir nano-robot düşünün. Bunlardan binlercesini enjeksiyonla hastaya veriyoruz. Zarar görmüş dokuya ya da organa yönlendiriyoruz. Orada gereken onarımı yapıyorlar; ya da enfeksiyona yol açan organizmalarla “savaşıyorlar”. Ellerinde hiçbir bakteride olmayan silahlar var. Belki bir “quantum-dot” lazeri; belki de bir termal silah. Ya da tümüyle mekanik, hibrid-teknoloji (biyo-nano). İşleri bitince hepsini tekrar geri alıyoruz. Fantezi mi? Evet!
Ama sadece bugün için. Dünyada birkaç laboratuarda bizi bu hedefe ulaştırabilecek çalışmalar yapılıyor. Bu araştırmacıların tamamına yakını, en azından şimdilik, kimyacı. İlk hedef moleküler makineler. Moleküllerin bir çözelti içinde kinetik enerjileri ile ilişkili bir hareketlilik içinde olduğunu biliyoruz. Ama bu hareketin yön üzerinde bir kontrolümüz olduğu söylenemez. O zaman hedefimize giden ilk basamak da moleküler hareketin kaynağı olmalı. İşte bugün buradayız!
Moleküler hareketin kontrolüne yönelik çalışmalar, bugün hemen hemen tümüyle uzun yıllar çok ilgi görmemiş iki grup moleküler sistem üzerinde yoğunlaşıyor: rokatsan ve katenanlar. Rokatsan ve katenanlara mekanik olarak kilitlenmiş mekanik olarak kilitlenmiş moleküller de deniliyor. Rokatsanları anlamak için şöyle düşünün. Bir yüzüğün içinden bir kalemi geçirin. Sonra da kalemin iki ucunu da elinizle tutarak yüzüğün çıkmasını engelleyin. İşte bu işlemi molekül düzeyinde yaptığınız zaman bir rotaksan elde ediyorsunuz. Yüzük molekülünün, kalem (ya da kalem + iki el) molekülü ile bir kovalent bağı yok. Ama yine sterik nedenlerden dolayı çıkması mümkün değil. Katenanları ise iç içe geçmiş iki halkalı molekül olarak düşünebilirsiniz. Yine aralarında kovalent bağ yok. Bu tip moleküllerin sentezi uzun yıllar pratik bir anlam taşımayacak kadar çok zor ve çok düşük verimli olmuştu. Halen UCLA’ da araştırmalarına devam eden Frasier Stoddart bu tip moleküllerin sentezini kolaylaştıran bir yöntem geliştirdi: yüzük molekülü ile kalem molekülü arasında güçlü bir kovalent olmayan etkileşim olursa, sentez verimi %80e aşıyordu. Daha sonra şu denendi: kalem molekülü üzerinde yüzük molekülünü tanıyacağı ya da etkileşeceği bir değil iki bölge olsa, yüzük molekülünü kendi kontrolümüzde bir bölgeden diğerine hareket ettirebilir miyiz? Bugün buna cevabımız “evet”tir. Bunu elektrokimyasal olarak, ya da sadece pH’ı değiştirerek yapabiliyoruz. Bunlara “moleküler mekik” deniyor. Moleküler hareketi kontrol edebiliyoruz.
Bugün bulunduğumuz noktadan moleküler makinelere ve nano-robotlara ne kadar mesafe var? Hareketini kontrol edebildiğimiz bu süper moleküler sistemleri, yine bir süper moleküler şifreden (moleküler tanımadan) yararlanarak kendiliğinden bir araya getirebileceğiz. Burada çok yeni bir şey yok; hücre içinde sentezlenen proteinlerin bi kısmı birbirlerini kovalent olmaya etkileşimlerle tanıyıp bir araya gelerek ileri fonksiyonları olan birimleri oluşturduğunu biliyoruz.
Sonuç olarak; moleküler makinelere giden yoldaki hızımızı bilim dünyasının kolektif hayal güce ve yaratıcılığının sınırları belirleyecek. Yine de o hedeflere ulaşabileceğimize kuşku yok. Çünkü şu an zaten milyarlarca, belki trilyonlarca biyolojik nano robot vücudunuzda dolaşıyor. Ne yazık ki sizin kontrolüzün dışındalar. Şu anda neler yapıyorlar acaba?
Prof. Dr. Engin U. AKKAYA
ODTÜ Kimya Bölümü
