Mikro dünyaya 3 boyutlu bakış

Bilim dünyası Russell Kerschmann ile tanışmadan önce mikroskopta iki boyutlu dünyanın bir benzerine bakılabiliyordu. Yani her şey neredeyse tepsi gibi gözüküyordu mikroskop altında.

Ama artık üç boyutlu mikroskop sayesinde nesneler üç boyutlu incelenebilecek ve mikro dünyanın gizli kalmış mekanizmaları bile gözle görülebilecek.

Mikroskoplar herhangi bir nesnenin yüzeyini incelememize ve iç kısımları hakkında da bilgi edinmemize olanak sağlıyordu. Bu nesnelerin üç boyutlu hali herkes için bir bilmece idi. Kimse bazı organların iki parçasının birbirine nasıl yapıştığını, kağıt havlunun içindeki gözeneklerin suyu nasıl emdiğini veya derimizi oluşturan üç tabakanın birbirinden niçin ayrılmadığını tam olarak bilmiyordu.

Derken Kerschmann'ın yeni mikroskobu sahneye çıktı ve bilim adamlarının gördüğü dünyanın şekli değişti.

Kemiğin gelişmesi

Örneğin Procter and Gamble'da görevli bilim adamları bu teknolojiden yararlanarak kemiğin gelişme evresinde bazı ilaçlara nasıl tepki verdiğini araştırdı. Sandia Ulusal Laboratuvarları'nda çalışan mühendisler, mikroskobik robotların üretiminde kullandıkları minik parçaları bu mikroskoptan yararlanarak geliştiriyor.

University of Rochester'den çocuk kardiyolojisi uzmanlarından Christine Miller, yeni görüntüleme teknolojisinden yararlanarak, yüksek kan basıncının embriyonik tavuk kalbini nasıl etkilediğini araştırıyor. ''Çalışmalarımızı birbuçuk yıldır başka teknolojiler yardımı ile sürdürdük.


Ve hiçbir yere varamadık'' diye konuşan Miller, ''Ancak bu mikroskop sayesinde inanılmaz bir hız kaydettik'' diyor.

Sıfırdan doğan şirket

Kerschmann'ın evindeki yemek masasında dünyaya gelen mikroskop, bugün milyon dolarlık bir şirketin çekirdeğini oluşturuyor. Merkezi Kaliforniya'da bulunan şirketin adı Resolution Sciences Corporation. ''Dijital Volumetrik Görüntüleme'' adı verilen bu yeni teknoloji yakından incelenmesi gereken hemen hemen her şeyin üç boyutlu görüntüsünü sağlıyor.

Görüntüler, kendi ekseni etrafında döndürülerek her açıdan incelenebiliyor; ayrıca içi açılarak, iç kısımları da görüntülenebiliyor.

Kerschmann'ın görüntüleri bilinenden o denli farklı ki, üreticiler ve bilim adamları ürettikleri veya inceledikleri nesneleri aslında yeterince tanımadıklarını yeni yeni anlıyor.

Örneğin Kerschmann, Velcro'yu incelediği zaman ürünün tam randımanla çalışmadığını saptadı; çünkü bağlayıcı fiberlerin pek çoğu birbirleriyle temas etmiyordu. Bu görüntülerden yararlanan mühendisler hem daha güçlü, hem de daha ucuz yeni bir Velcro türü ürettiler.

İç yapıyı görmek

İnsanoğlu yaklaşık 150 yıldan bu yana mikroskop aracılığı ile doğal yaşamı daha yakından tanımaya uğraşıyor. Mikroskoplar zaman içerisinde teknolojik açıdan büyük gelişme kaydetse de, bazı konularda gereksinimlere tam yanıt veremiyor.

Örneğin birkaç saç kılından daha büyük örnekleri büyütürken, nesnenin iç yapısının ayrıntılarını üç boyutlu olarak yakalayamıyor.

Eğitimini patolog olarak tamamlayan Kerschmann, bu sorun ile 15 yıl önce Boston'daki Wellman Laboratuvarları'nda karşılaştı. Laboratuvarda genişlemiş kan damarlarının neden olduğu deri hastalıklarını iyileştirmek için özel bir lazer tedavisi üzerinde çalışılıyordu. Kerschmann'ın görevi spesifik lazer enerjisinin dozunu ve puls uzunluğunu ayarlamaktı. Böylece kolajen tabakasına zarar vermeden kan damarları zararsız hale getirilebilecekti.

Sıkışınca buldu

Gönüllülerden alınan deri örneklerini inceleyen Kerschmann, 2 boyutlu görüntülerden gerekli bilgileri elde edemeyeceğini fark etti. Bu bağlamda tek çözüm damarları kesmek ve bu kesitlerden yararlanarak bilgisayarda 3 boyutlu görüntü yaratmaktı. Ancak kesilen damarları yeniden yapıştırarak orjinal şekline geri döndürmek teknik açıdan olanaksızdı.

Kerschmann bu kez de kesme işleminin sorun yaratmaması için çözüm aramaya başladı. Dijital bir kamera görüntüyü kaydederken, bir bıçak incelenen nesneyi dış tabakalarından başlayarak içe doğru kesmeye başladı. Kesilen kısım hasar gördüğü için atılıyordu. Böylece nesneden geriye bir şey kalmayıncaya kadar kesme işlemi sürdürüldü. Geride yalnızca, kesilen nesnenin tabakalarının bilgisayarda depolanan görüntüleri kaldı.

Daha sonra bir bilgisayar programı bunları birleştirerek orjinal nesnenin üç boyutlu şeklini ortaya çıkarttı.

Minik robotlar

''Ürettiğimiz dişliler hakkında daha önce bilmediğimiz pek çok şey öğrendik'' diye konuşuyor, Sandia Ulusal Laboratuvarı çalışanları. Orada, birkaç mikron büyüklüğünde dişli ve somunlar üretiliyor. Yani, tükenmez kalemin ucunun yarısının büyüklüğüne eşit somunlar.

Üretilen parçalar bilim adamlarının bir gün insan vücuduna enjekte etmeyi planladıkları minik robotların üretiminde kullanılacak. Bu parçaların üretiminde mühendisler bilgisayar çizimlerinden yararlanıyordu. Ancak Resolution (Kerschmann'ın mikroskobunun adı) devreye girinceye dek üretilen parçaların çizimlere uygun olup olmadığını tam olarak ölçmek mümkün değildi. Resolution işte bu noktada mühendislere tam ihtiyaçları olduğu verileri sağladı.

Kurbağa embriyosu

Bu arada Caltech'deki Beckman Enstitüsü'nün Biyolojik Görüntüleme Merkezi'nden Andy Ewald, Populer Science dergisinde yayımlanan ayrıntılı habere göre, gelişme evresindeki kurbağa embriyosunda hücrelerin nasıl hareket ettiğini araştırırken önemli bir engelle karşı karşıya kaldı. Embriyolar şeffaf olmadığı için iç kısımlarını görmek mümkün değildi.

Ewald bu sorununu çözmek için Resolution'dan yararlandı. İncelemek istediği spesifik hücreleri floresanlı boya ile boyayarak Resolution'da izledi. Elde ettiği veriler, embriyonun içini görmesine ve hücrenin hangi vücut organına dönüştüğünü anlamasına yardımcı oldu.