2020 yılına damga vuran bilimsel buluşlar

Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ural Akbulut, uluslararası dergiler Science ve Nature ile önemli bilimsel konferanslar gibi kaynaklardan, 2020'de bilim dünyasında yaşanan önemli gelişmeleri, yüzlerce buluş arasından derledi.

Buna göre, 2020'de dünyayı saran yeni tip koronavirüs (Kovid-19) salgının önüne geçmek için dünyanın önemli laboratuvarları aşı için seferber oldu.
Geride kalan yılda, BioNTech tarafından üretilen Kovid-19 aşısı, dünyada kullanıma giren ilk m-RNA tabanlı aşı olarak tarihe geçti.

İlk aşının Çin'de çiçek hastalarından alınan yara kabuklarıyla yapılmasının ardından geçen 1000 yılda, ölü veya zayıflatılmış virüsler ya da virüsün belirli bir bölümü kullanılarak yapılan aşılar bugün tüm ülkelerde kullanılırken BioNTech tarafından üretilen Kovid-19 aşısı, bu teknolojinin dışında kullanıma sunulan ilk aşı oldu.

Almanya'da Mainz Üniversitesinde deneysel onkoloji uzmanı Prof. Dr. Uğur Şahin ve aynı üniversitede görevli eşi Dr. Özlem Türeci tarafından geliştirilen aşı için gerekli olan m-RNA, BioNTech Laboratuvarlarında üretildi.

Aşının bu kadar çabuk üretilmesi, Çinli araştırmacıların virüsün moleküler yapısını belirleyip dünyadaki tüm bilim insanlarına hemen duyurması sayesinde gerçekleşti. BioNTech, virüsün dışındaki membran üzerinde bulunan ve "spike protein" denilen protein uzantılarının moleküler yapısı açıklanınca o protein uzantılarının üretilmesi için gereken mesajı taşıyan m-RNA'ları laboratuvarda üretti.

Üretilen m-RNA'lar lipidle kaplanarak aşı haline getirildi. Aşı ile vücuda giren m-RNA'lar insan hücrelerine bağlanıp o hücrelerin virüsteki protein uzantılarının benzerini üretmeleri için gereken mesajı hücrelere aktarıyor. Vücutta üretilen bu protein uzantılar, vücudun koruma mekanizması tarafından yok edildikçe virüse karşı antikorlar üretilmiş oluyor. Virüs, aşılanmış kişiye bulaşırsa hemen yok ediliyor.

Yapay zeka yardımıyla kanser tanısı gerçekleştirildi

İngiltere'deki Imperial College London'a bağlı olan Kanser Araştırma Merkezi, "Deep Mind" adlı yapay zeka sistemini kullanarak kanser tanısı yapmayı başardı.

İngiltere ve ABD'de meme kanseri olan ve isimleri gizli tutulan 76 bin kadının röntgenleri yapay zeka yardımıyla incelendi ve radyologlardan daha iyi sonuçlar elde edildi. İngiltere'de Ulusal Sağlık Servisi kurallarına göre kadınların meme röntgen filmleri iki radyolog tarafından incelenerek kanser tanısı konuluyor.
Yapay zeka yardımıyla daha önce radyologlar tarafından pozitif veya negatif kanser tanısı konulan kadınların bazılarında hata yapılmış olduğu kanıtlandı. Sadece bir radyolog tarafından röntgen filmleri incelenerek meme kanseri tanısı konulan kadınların yüzde 1,2'sinin aslında kanser olmadığı, yapay zeka tarafından belirlendi.

Yapay zeka, ayrıca tek radyolog tarafından meme kanseri olmadığı tanısı konulan kadınların yüzde 2,7'sinin aslında kanser olduğunu belirlemeyi de başardı. Araştırmacılar, yapay zeka sayesinde radyologların zamanı diğer önemli çalışmaları için kullanabileceğini açıkladı. Bu çalışmanın bilimsel sonuçları Nature dergisinde yayımlandı.

Nanoteknoloji ile uzaktan kontrollü hormon salgılama tekniği

ABD'de Malzeme Bilimleri ve Bilişsel Bilimler alanlarında uzman olan Prof. Dr. P. Anikeeva ve ekibi, manyetik nano parçacıklar yardımıyla adrenal bezini uyararak adrenalin ve kortizon hormonları üretmeyi başardı. ABD üniversitelerinden MIT'de gerçekleştirilen buluşun hormonlarla bağlantılı bazı ruhsal bozuklukların tedavisi için yeni olanak sağlayabileceği açıklandı.

Profesör Anikeeva, adrenalin ve kortizon gibi stres hormonlarının anormal seviyelere çıkmasının, depresyon ve travma sonrası stres bozukluğu gibi sağlık sorunlarıyla ilişkili olduğunu vurguladı. Yeni buluşun hormon salınımının ruh sağlığını nasıl etkilediği hakkında daha fazla bilgi edinebileceği açıklandı. Profesör Ankeeva, "Merkezi sinir sistemine invaziv girişim yapmaktansa, periferik organ fonksiyonunu modüle ederek stres bozukluklarını inceleyip ardından nasıl tedavi edebileceğimizi araştırıyoruz." dedi. Bu çalışma ise Science Advances dergisinde yer aldı.

Röntgen film çekimleri için 100 kat daha hassas algılayıcı geliştirildi

ABD'de Los Alamos Ulusal Laboratuvarı ile Argonne Ulusal Laboratuvarı'nın ortak araştırmaları sonucunda perovskit adlı kalsiyum titanat mineralinden ince filmler üretildi. Perovskit ince filmler kullanılarak dışardan enerji verilmesine gerek bırakmayan X-ışınları algılayıcıları yapıldı. Bu yeni algılayıcılar, X-ışınlarının fotonlarını elektrik sinyallerine çevirebildiği için dışardan bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmuyor.

Bu algılayıcılar bugün kullanılan silisyum temelli algılayıcılardan 100 kat daha hassas oldukları için hastaların çok daha az X-ışını alacakları açıklandı.
Proje çalışanlarından Dr. H. Tsai, perovskit algılayıcıların maliyetinin çok düşük olduğunu ve ileride çok yeni uygulamalarda kullanılabileceğini vurguladı. Perovskit filmlerin; istenilen yüzeylere çözelti püskürterek de oluşturulabileceğini belirten Dr. Tsai, bu teknikle maliyetin daha da düşeceğini açıkladı. Araştırmacılar, silisyum algılayıcıları için vakum altında ve yüksek sıcaklıklarda metallerin buharlaştırılması gerektiğinden maliyetin arttığını ama perovskit teknolojisinde buna gerek olmadığını açıkladı. Bu çalışma ile ilgili bilimsel makale Science Advances dergisinde yayımlandı.

Düz şeffaf plakadan panoramik mercek yapıldı

ABD'de fotoğraf çekerken geniş açıyla panoramik görüntü alabilmek için kullanılan ve balık gözü olarak bilinen mercekler gibi görüntü almayı sağlayan düz bir mercek yapıldı.

MIT'de malzeme mühendisliği uzmanı olan Doç. Dr. J. Hu ve ekibi, tek parça düz bir şeffaf plakadan yüksek çözünürlükte panoramik görüntü almayı başardıklarını açıkladı. Daha önce yapılan çalışmalarda sadece 60 derecelik bir açı kapsanabilirken MIT'de bu yıl geliştirilen düz mercek, 180 dereceyi kapsayan görüntüler alınmasını sağlıyor.

Hu ve ekibinin düz merceği, kalsiyum florürden yapılan şeffaf bir plakadan oluşuyor. Bu araştırmada, görünür ışık değil, kızıl ötesi ışık kullanıldığı ancak mercek tasarımının görünür ışık için de uygun olduğu açıklandı. Araştırmacılar, bu teknolojinin cep telefonlarında ve diz üstü bilgisayarlarda da kullanılabileceğini vurguladı. Bu çalışmanın bilimsel sonuçları Nano Letters Dergisi'nde yayımlandı.

Dünyada ilk kez oda sıcaklığında süper iletken yapıldı

Süper iletken malzeme 1911'de keşfedilmiş ve cıvanın -268,9 derece gibi çok düşük sıcaklıklarda elektrik direncinin sıfırlandığı açıklanmıştı. Bugüne kadar süper iletkenlik çok düşük sıcaklıklarda elde edilebildiği için soğutma masrafı çok yüksekti.

ABD'de Nevada Üniversitesi (Las Vegas) ve Rochester Üniversitesindeki fizik bölümlerinin ortak çalışmasıyla hidrojen, karbon ve kükürt elementlerinden sentezlenen madde ile oda sıcaklığındaki ilk süper iletken üretildi.

Yeni üretilen malzemenin çok yüksek basınç altında ve oda sıcaklığında süper iletken olduğu açıklandı. Rochester Üniversitesinde Yardımcı Profesör olan Dr. R. Dias ile Nevada Üniversitesi (Las Vegas) fizik bölümünde Yardımcı Profesör olan A. Salamat'ın ortak çalışması, Nature dergisine kapak oldu.

Bazı canlı bitkilerin sürekli ışık saçması sağlandı

Rusya Biyoorganik Kimya Enstitüsü, Londra Tıp Bilimleri Enstitüsü ve Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsünün ortak çalışması sonucunda, önceki denemelere oranla bitkilerin daha parlak ve sürekli ışık yayması sağlandı. Araştırmacılar, bazı mantarlarda bulunan ve onların parlamalarını sağlayan biyolüminesans özelliğinin çoğu bitkiye aktarılabileceğini belirledi. Ardından parlama özelliği olan mantarlardan alınan DNA'ları uygun bitkilere aktararak onların da parlak ışık saçması sağlandı.

Rus ekibinden Dr. I. Yampolsky ve İngiliz ekibinden K. Sarkisyan, bu teknik sayesinde bitkilerin çok parlak ışık saçtığını ve bu özelliklerinin yaşamları boyunca süreceğini açıkladı. Bu özelliğin, bitkilerin iç işleyişinin izlenmesini sağlayacağı ve parlama özelliklerini korumaları için daha önceki çalışmaların aksine, bitkilere herhangi bir ilaç takviyesi gerekmeyeceği vurgulandı. Bu çalışma, Nature Biotechnology dergisinde yayımlandı.

Avustralya'da tek bir optik yonga ile internet hız rekoru kırıldı

Avustralya'daki Monash, Swinburne ve RMIT üniversitelerinin ortaklaşa yürüttüğü araştırma sonucunda mikro-tarak adı verilen optik yonga ile internette hız rekoru kırıldı. Bu rekor sırasında, veri aktarma hızı saniyede 44,2 terabit düzeyine ulaştı.

Rekorun kırılmasını sağlayan mikro-tarak, Avusturya'nın Swinburne Üniversitesinde görevli Prof. Dr. Dr. Moss ve ekibi tarafından geliştirilmişti. Profesör Moss, geliştirdiği mikro-tarak ile yapılan yeni buluş konusunda "Mikro-tarakların, ultra yüksek bant genişliğine sahip fiber optik telekomünikasyon alanındaki yeteneklerinin hayata geçtiğini görmek gerçekten heyecan verici. Bu çalışma, tek bir yonga kaynağından tek bir optik fiberde bant genişliği açısından dünya rekoruna sahip." dedi. Bu çalışmanın bilimsel verileri, Nature Communications dergisinde yer aldı.

İlk kez iki atomun birleşmesi ve ayrılması görüntülendi

Almanya'nın Ulm Üniversitesinde Malzeme Bilimleri uzmanı olan Prof. Dr. U. Kaiser ve İngiltere'de Nottingham Üniversitesi profesörlerinden A. Khlobystov, iki atomun birleşmesini ve ayrılmasını canlı gözlemlemeyi başardı.

Atomlar, optik mikroskoplarla görülemedikleri için elektron mikroskopları geliştirildi. Ancak atomların birleşip ayrılmalarının izlenmesi bu yeni teknoloji sayesinde ilk kez başarıldı.

Araştırmacılar, Geçirimli Elektron Mikroskobu kullandıklarını ve karbon nano tüpler yardımıyla birleşmiş iki Renyum atomunu yakaladıklarını açıkladılar. Renyum atomlarının çapı oldukça büyük olduğu için hareket ederken görüntülenebildikleri açıklandı. Araştırmacılar, Renyum atomlarının ikisinin birleştiğini ve daha sonra titreşmeye başlayıp birbirlerinden ayrıldıklarını kanıtlayan videoyu yayımladı. Bu önemli keşifle ilgili bilimsel makale, Science Advances dergisinde yayımlandı.

Güneşin görünür bölgedeki tüm ışınlarını kullanma olanağı doğdu

ABD'de Ohio State Üniversitesinin Kimya Bölümünde Prof. Dr. C. Turro, güneş ışınlarının görünür bölgesindeki tüm ışınların enerjisinin kullanılmasını sağlayan bir molekül geliştirdi. Böylece ilk kez güneşin görünür bölgedeki tüm ışınlarını kullanarak elektrik üretilmesi ve aynı anda üretilen elektrikle hidrojen gazı elde edebilmeleri mümkün oldu.

Bu sistem ile var olan güneş enerji panellerine oranla yüzde 50 daha fazla verim elde edildiği açıklandı. Bu çalışmayla ilgili bilimsel sonuçlar, Nature Chemistry dergisinde yayımlandı.