TARIMIN GELECEĞİ NANOTEKNOLOJİDE SAKLI
MELİH TÜRKMEN
Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü
ÖZET:
Belki ...
GeleceğinTeknolojisi:Nanoteknoloji
Dünya, insanın tüm yaşamını etkileyecek kadar büyük yeni bir teknolojik devrimin
eşiğin...
Nedir bu Nanoteknoloji?
Yunanca'da "cüce" anlamına gelen "nano", 1 metrenin milyarda biri ölçü birimidir.
Bu tanıma göre "...
Üstelik bizim nanoteknolojide aminoasitleri seçmek için veya izleyeceğimiz sıra için
mRNA ve tRNA' ya ihtiyacımız da olmay...
Dezavantajları
 İlk tesis masrafları yüksektir.
 Bilinmeyen bir bilimdir.
 Uçuşan nano parçacıklar ve nanofiberleri içi...
11)Hassas tarım uygulamaları
(WHO- Department of Food Safety and Zoonoses, 2010).
Bunlardan birkaçının çalışma prensibini ...
İlaç verme sisteminde kapsülün yapısındaki polimer
ilaç konjugatlarında (polimerik miseller, polimerik
nanokürecikler) day...
3) Toprağın katmanlarına rahatlıkla nüfuz edebildikleri için toprakta bulunan zehirli
bileşenler, zararlı organizmalar, be...
Gelecekte Nanoteknoloji
Nanoteknolojinin geldiği seviyeyi ve hayatımıza ne tür yenilikler kattığını anlattık.
İş alanının ...
Joseph T. and Morrison M. (2006) Nanotechnology in Agriculture and Food.
Institute of Nanotechnology
Nanayakkara D. (2014)...
of 10

Tarımın Geleceği Nanoteknolojide Saklı

Son yıllarda nanoteknoloji birçok boyutta hayatımızda kendine yer edinmiş durumda. 7 milyar olan Dünya nüfusunun 2050 yılına kadar artış hızıyla beraber 9 milyara çıkacağı düşünülecek olduğunda gıda talebindeki ihtiyaç miktarı da artacaktır. Bunun içinde tarımsal üretimdeki bazı yöntem ve tekniklerin verimliliğinin artırılmasına ihtiyaç duyulacaktır. Nanoteknoloji tarımsal üretim yöntemlerinin geliştirilmesinde bize büyük vaadler sunmaktadır.
Published on: Mar 3, 2016
Published in: Technology      
Source: www.slideshare.net


Transcripts - Tarımın Geleceği Nanoteknolojide Saklı

  • 1. TARIMIN GELECEĞİ NANOTEKNOLOJİDE SAKLI MELİH TÜRKMEN Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü ÖZET: Belki farkındasınız, son yıllarda "nano" kelimesi bir çok alanda hayatımıza girmeye başladı. Önüne veya sonuna geldiği kelimeye ilgi çekici bir mana kazandırıyor. Ipodnano bir MP3 çaların küçüklüğünü ve hafifliğini ifade ederken, nanoboya kendi kendini temizleyen dolayısıyla kirlenmeyen yeni nesil boyaları akla getirmektedir. Nanoteknoloji; fizik, kimya, biyoloji ve mühendislik gibi disiplinler arası bir konuma sahip olmasının yanısıra, endüstri, savunma, ilaç, elektronik, tarım, sağlık gibi bütün alanlara potansiyel etkileri bulunmaktadır. Bu nedenle bir çok gelişmiş ülke tarafından kritik araştırma alanı olarak görülmekte ve desteklenmektedir. Ayrıca bu bilime çok büyük AR-GE yatırımları yapmaktadırlar. Örneğin; ABD' de nanoteknoloji ürünü kalp ameliyatlarında kullanılan tıkanmayan stentlerin maliyeti 10 $ iken 10.000 $ dan dışsatımı gerçekleştirilmektedir. Bir çiftçinin bu stentin karşılığında yaklaşık 7 ton kiraz veya 20 ton domates üretebilmesi gerekir (Bayındır, 2006). Tarımda nanoteknoloji; zirai ilaç kullanımını azaltma, bitki ve hayvan ıslahı geliştirme, bitki hastalıklarını önlemede, aynı zamanda hastalık tesbitinde ve yeni nano-bioendüstriyel ürünler oluşturma da gelecek vaat etmektedir. Tarım için kullanılan tüm girdiler (tohum, tarım ilacı, gübre vb.) teknolojik olarak değiştirilebileceği gibi ayrıca bitkinin büyümesi, bitkilerin ihtiyacı olan bitki besin maddeleri ve pH seviyelerini uzak mesafeden kontrol edilebilecek ve bu sayede işgücü azalabilecektir. Nanoteknoloji bilimi; ülkemizde daha yeni yeni keşfedilmeye başladığı için etki alanı sadece belli başlı üniversitelerle sınırlı kalmaktadır. Bilim adamları ve araştırmalarına göre önümüzdeki 15-20 yıllık süreç içerisinde "Nanoteknoloji Çağı" olarak adlandırılan çağa girileceği konusunda hem fikir olunmuştur. Bu teknolojiyle beraber uzun vadede dünyanın en büyük problemleri olan çevre kirliliği, açlık, gıda güvenliği gibi problemlerinde ortadan kalkacağı öngörülmektedir. Anahtar sözcükler: nano teknoloji, tarım, nano-bioendüstriyel
  • 2. GeleceğinTeknolojisi:Nanoteknoloji Dünya, insanın tüm yaşamını etkileyecek kadar büyük yeni bir teknolojik devrimin eşiğinde."Nanoteknoloji" adı verilen ve atomlar veya molekülleri tek tek alıp hassas bir şekilde birleştirerek her istenen ürünü elde etmek olarak tanımlayabileceğimiz bu teknolojinin temeli doğadaki atomik dizilimi taklit etme esasına dayanıyor. Bu bilmin esas amacı çeşitli iş dallarında yeteneğimizi artıracak fırsatlar ve yöntemler için hızlı, güvenilir ve daha duyarlı analitik sistemler geliştirmektir. Bilim ve teknolojideki temel ilerlemeler her yüzyılda iki kere gerçekleşir ve büyük güç yaratılmasına yol açar. Teknolojinin hızla değiştiği ve geliştiği günümüzde bir sonraki teknolojik gelişmenin ne olacağı konusunda birçok öngörü çalışması yapılmıştır. Bu öngörüler ile geleceğin teknolojileri tahmin edilmeye çalışılmaktadır. Öngörüler ışığında gelişmiş ülkeler tarafından potansiyel yeni teknolojilere yönelik önemli Ar-Ge çalışmaları yapan ve bu çalışmaları ürüne dönüştüren ülkelerle, bahsedilen teknolojik çalışmaları yapmayan ülkeler arasında önemli güç ayrılıkları ve her alanda büyük uçurumların oluşacağı tahmin edilmektedir (Özer , 2008). Dünya' nın şu anda nüfusunun yaklaşık 7 milyar olduğu bilinmektedir. 2050 yılına kadar artan büyüme hızıyla birlikte bu rakamın 9 milyar olabileceği tahmin edilmektedir. Nüfusun artmasıyla doğal olarak gıda talebinin de artacağı düşünülürse bu talebi karşılayacak yeni teknolojilere ihtiyaç duyulacaktır. Nanoteknolojinin hedeflerinden birisi de uzun vadede Dünya' daki açlık sorununu ortadan kaldırmaktır (Chen and Yada, 2011).
  • 3. Nedir bu Nanoteknoloji? Yunanca'da "cüce" anlamına gelen "nano", 1 metrenin milyarda biri ölçü birimidir. Bu tanıma göre "Nanoteknoloji" insan saç kılının 50 binde biri veya 1 DNA molekül uzunluğu kadar büyüklüklerle veya parçalarla uğraşan bilimdir. Bilindiği gibi bütün maddeler atomlardan oluşmuştur. Özelliklerini de atomların dizilişlerinden alırlar. Atomları hareket ettirebilecek boyutlarda aletler geliştirilebildiği taktirde, doğadaki atomik dizilim taklit edilerek her şey kopyalanabilir. Çünkü maddeleri farklı kılan; en küçük birim olan atomların dizilişlerindeki çeşitliliktir. Atomları hareket ettirebilecek bir teknoloji de bu çeşitliliğe bir ölçüde ulaşabilir. Sözgelimi kömür moleküllerindeki atomları düzenleyebilirsek aynı moleküllerin farklı bir dizilimi olan elması elde edebiliriz. Nanoteknolojide Nasıl Bir Üretim Gerçekleşir? Günümüzde kullanılan üretim teknikleri, moleküler anlamda çok kaba tekniklerdir. Döküm, taşlama, tornalama vs. atomların büyük kitleler halindeki hareketlerine dayanır. Maddelerin yapıtaşları olan atomlar tek tek alınıp istenildiği gibi, üstelik de ucuza mâl olacak şekilde birleştirilebilir. Buna nanoteknolojide "mikro montaj" denmektedir. Mikro montajı yapabilmek içinse moleküler robotlara ihtiyaç duyulur. Bu robotlara en iyi örnek tüm canlıların hücrelerinde bulunan ve hemen her çeşit proteini üretebilen ribozomlardır. Ribozomlar oldukça küçük organellerdir ve aminoasitleri hassas çizgisel bir sırayla arka arkaya dizer ve proteinleri oluştururlar.
  • 4. Üstelik bizim nanoteknolojide aminoasitleri seçmek için veya izleyeceğimiz sıra için mRNA ve tRNA' ya ihtiyacımız da olmayacak. İşte ribozomların bu işleyiş prensibi, mühendislik alanında uygulanabildiğinde nanoteknoloji hayatımızın her yönüne hitap edecektir. Kullanım Alanları Nanobilim fizik, kimya, biyoloji, malzeme bilimi, mühendislik gibi bilimsel araştırma alanları ile tıp, enerji, çevre, elektronik, haberleşme ve bilgisayar gibi teknolojik alanlarda çok geniş uygulama potansiyeline sahiptir. Nanoteknoloji her ne kadar yeni bir alan olarak görülse de doğada bir çok ortamda yansımaları mevcuttur. Bilim adamları için doğada var olan bu uygulamalar birer yol gösterici olmuştur. Lotus çiçeği (Beyaz Nilüfer), köpek balığı derisi, gecko kertenkelesi, kelebek kanadı, su örümceği bu örneklerden birkaçıdır. LOTUS ÇİÇEĞİ Lotus çiçeği, çamurlu ve kirli ortamlarda yaşayan ancak yaprakları sürekli temiz olan bir bitki çeşididir. Yaprağın yüzeyinde bulunan nano boyutlardaki tüycük yapılar sayesinde, yaprak üzerine düşen su damlaları yüzeyde tutunamamakta, yaprağın toprağa dogru eğimli olması sebebiyle de aşağı doğru kayarken toz, kir vb. maddeleri beraberinde götürmektedir. Dolayısıyla Lotus çiçeği sürekli olarak temiz kalmaktadır. Bu çiçek araştırmacılara günümüzde kullanılan kendi kendini temizleyen ve kir tutmayan boya, kumaş ve camların icat edilmesine ilham kaynağı olmuştur. (Özer, 2008). NanoteknolojininAvantajları  Çevre kirliliğini azaltır.  Açlık sorununa çözüm olabilir.  Gıda güvenliğinde çığır açacak niteliktedir.  Hücre biyolojisini daha iyi incelememizi sağlar.  Bitkisel ve hayvansal üretimde akıllı sistemlerle maliyet ve zamandan kazanç sağlar.  Bitkisel ve hayvansal hastalıkların tedavisinde kolaylık sağlar. (Erken Teşhis)  Kimliği bilinmeyen tarımsal bileşenleri saptayarak endüstriyel veya diğer alanlarda kullanılabilirliğini test etmek.  Enerji sıkıntısı problemini ortadan kaldırabilir.
  • 5. Dezavantajları  İlk tesis masrafları yüksektir.  Bilinmeyen bir bilimdir.  Uçuşan nano parçacıklar ve nanofiberleri içine çekmek fibröz gibi birçok akciğer hastalığına neden olabilir.  Nano titanyumdioksit (TiO2) tüketen laboratuvar faresinde; kanser, kalp rahatsızlığı, nörolojik rahatsızlık ve yaşlanma gibi belirtilere sebep olacak şekilde DNA ve kromozom hasarı görülmüştür. (UCLA's Schoolof Public Health) Nanoteknoloji Tarım için Neden Önemli Değer Yaratma Maliyet Düşürme (Özbay, 2008). Nanoteknolojinin Tarımda Kullanım Alanları 1) Ürün Yetiştirme 2) Nanobiyoteknoloji 3) Gen Analizleri ve Yönetimi (Islah çalışmaları) 4) Toprak Yönetimi 5) Bitki Hastalıklarının Erken Teşhisi 6) Pestisit ve gübrelerin verimli bir şekilde kullanımı 7) Su Yönetimi 8) Biyomalzemelerin üretimi 9) Hasat öncesi ve sonrası makina teknolojileri 10)Tarımsal ürünlerin verim ve kalitesini izleme Zararlı Atık Azaltma Verimlilik Artışı Daha çok Fonksiyon Kalite Artışı
  • 6. 11)Hassas tarım uygulamaları (WHO- Department of Food Safety and Zoonoses, 2010). Bunlardan birkaçının çalışma prensibini ve uygulanabilirliğini ele alalım. Ürün Yetiştirme Bu konu üzerindeki çalışmalar DNA molekülü üzerinden gerçekleştirilmektedir. DNA molekülü mikroskop altında gözlendiğinde 6 farklı yönde uzanır ve 3 boyutlu kristal yapı oluşur. DNA kristallerindeki "yapışkan uçlar" ya da "küçük yapışkan diziler" hedef alınarak üründe veya organizmada ıslah çalışmaları yürütülür. Bu teknikle beraber ürünlerin özelliklerinin iyileştirilmesinde ve geliştirilmesinde önemli aşamalar kaydedilmiştir. Etanol Üretimi Son yıllarda biyoyakıt olarak kullanımı yaygınlaşan etanolün talebinin artması nedeniyle hammaddeleri olan mısır ve şeker kamışına olan ilgiyi de artırdı. Nanobilim selülozun içindeki etanolun dönüştürülmesinde kullanılan enzimlerin performansını artırmakta. Bilim adamları atık bitki parçalarında bulunan selülozun basit ve maliyeti az olacak şekilde etanole dönüşmesini sağlayacak enzimler üzerinde çalışıyor. Benzer bir durum çeltiğin hasat sonrası ürünü olan ve termal enerjide ya da biyoyakıtta kullanılan pirinç kabuğunda da görülmektedir. Nano İlaçlar:KapsülPestisitler(Nanositler) Günümüzde nano ölçekli etken madde içeren birçok tarım ilacı piyasada mevcut. Özellikle BASF, Dow, Monsanto, Du Pont gibi büyük ilaç firmaları bu ilaçların üzerinde yoğun çalışmalar yürütmekte. Bitki koruma ilacı olan kapsüller ortalama olarak 10-150 nm boyutlara sahiptir. Nano formulasyona sahip ilaçlar suda çok kolay çözünebilir olduğundan özellikle hububatta uygulaması çok kolaylık sağlamaktadır. Ayrıca diğer kapsül olmayan kimyasallara göre öldürme kapasitesi ve etki süresi çok daha fazladır.
  • 7. İlaç verme sisteminde kapsülün yapısındaki polimer ilaç konjugatlarında (polimerik miseller, polimerik nanokürecikler) dayanıklı nano plastik türevi bir kaplama kullanılır. Bu kaplama ilacın çözünürlüğünü ve stabilitesini artırarak hastalık üzerindeki etkisini arttırır. Aynı mantık gübreler içinde geçerlidir. Nano kapsül içinde bulunan nano elementlerin kapsülün iç içe geçmiş olan çeperleri eriyinceye dek hem yavaş salınımla gübreden tasarruf etmiş oluruz hem de gübrenin etkinliğini uzun süre göstermesini sağlarız. Bu uygulamalarla beraber çevre kirliliğini de en aza indirgemiş oluruz. Fakültemiz bünyesinde de nano gübrelerle ilgili çalışmalar devam etmektedir. (Güneş ve ark,2014). Nanosensörler: Taşıyıcı Sistemler ve İzleyici Sistemler Nanosensörler ve nano tabanlı akıllı dağıtım sistemleri, hassas tarım yoluyla su, besin ve hormonlar gibi tarımsal doğal kaynakların verimli kullanımına yardımcı olabilir. Nanosensörlerin; tarımsal alanda hemen her türlü konuda potansiyeli bulunmaktadır. Bunlardan birkaçını inceleyelim. 1) Hormon ve antibiyotikleri rahat bir şekilde hücreye iletme Kontrollü salınan bir ilaç ile biyolojik olarak uyumlu olan bir malzemeden yapılmış bir aygıt yardımıyla hedef hücreye teslim edilir ve hastalıklı bölgelerde serbest olarak hareket edebilir. 2) Tarımsal alana dağılmış nanosensörler bitkideki zararlı veya patojen varlığını tespit ederek bitkiyi korumada çok önemli rol oynar.
  • 8. 3) Toprağın katmanlarına rahatlıkla nüfuz edebildikleri için toprakta bulunan zehirli bileşenler, zararlı organizmalar, besin elementi düzeyi veya organik madde düzeyini ölçerek verim açısından çok büyük yarar sağlar. Ayrıca bitki köklerinin marjinal topraklara nasıl bir uyum sağlayacağı konusunda yorum yapabiliriz. 4) Nano barkodlar ile tarımsal urunlerin kalite düzeyini izleyebiliriz. 5) Bitkinin hormonal bakımdan duzenli çalışması da mümkün olacaktır. Örneğin; kök gelişimini teşvik eden oksin hormonuna bitkinin verdiği tepkiyi elektrik sinyali kullanarak belli bir noktadan kontrol edebiliriz. 6) Tarımsal alanların uydudan görüntülenmesi ve GPS yoluyla uzaktan kuraklık, tuzluluk gibi stres faktörleri tespit edilebilir. 7) Zararlılar veya kuraklığın tespitiyle beraber pestisit uygulamalarının ve sulama seviyelerinin otomatik ayarlanabilir olması sağlanabilir. (Nanayakkara, 2014). Tarımda Belirlenen Öncelikli Alanlar  Ham tarım ürünlerinde patojen veya zararlı kontaminasyonunu tespit etmek.  Bitkilerdeki hastalıkları tespit etmek için geliştirilen nano-tüp cihazlarının geliştirilmesi  Mali açıdan değeri olmayan bitkilerdeki kanserojenleri tespit etmek ve bunun için kullanılan biyosensörleri geliştirmek.  Nano parçacıkların etki alanını genişletmek için biyo uyumlu Kitosanlar geliştirmek.
  • 9. Gelecekte Nanoteknoloji Nanoteknolojinin geldiği seviyeyi ve hayatımıza ne tür yenilikler kattığını anlattık. İş alanının oldukça geniş olması ve pazar hacminin trilyon dolar seviyelerinde olduğu düşünüldüğünde Dünya piyasasındaki bir çok girişimci şirketin Ar-Ge departmanlarının gözdesi olmasına neden olmuştur. Benim görüşüm ise; kaba tabirle zayıf olanın kaybettiği bu Dünya' da ancak bu teknolojiye sahip olan ülkelerin milli birlik ve dirliklerini koruyabilecekleridir. Diğer akla gelen soru ise nano çağda paranın değerinin ne olacağıdır. Ne de olsa atomlardan her şey sonsuz kere tekrar dönüştürülebilecek. Tuzlu deniz suyundan bile altın ve kobalt üretmenin mümkün olduğu bir çağda altının ne anlamı kalır? Paylaşımı üzerine savaşların yapıldığı kaynaklar anlamını yitirince nasıl bir uygarlıkta yaşayacağız? Kaynakça Bayındır M. (2006) Nanoteknoloji Devrimi Geliyor. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), Bilkent Üniversitesi Bozkaya Y. (2006) Nanoteknoloji ve Uygulamaları. Anadolu Üniversitesi İleri Teknolojiler Araştırma Birimi Chen H. and Yada R. (2011) Nanotechnologies in Agriculture: New Tools for Sustainable Development. National Institute of Food and Agriculture, U.S. Department of Agriculture, Washington Dunford N. Nanotechnology and Opportunities for Agriculture and Food Systems. Oklahoma State University, FAPC-139 Ellur V. Nanotechnology: Its Application in Crop Improvement. University of Agricultural Sciences, Raichur, Karanataka State (India) FAO/WHO (2010) Expert Meeting on the Application of Nanotechnologies in the Food and Agriculture Sectors: Potential Food Safety Implications: Meeting Report. Rome Jones, Neye and Greenberg.(2008) Nanotechnology in Agriculture and Food Technology. The University of Wisconsin Madison
  • 10. Joseph T. and Morrison M. (2006) Nanotechnology in Agriculture and Food. Institute of Nanotechnology Nanayakkara D. (2014) Nanotechnology Used in Agriculture. Uva Wellassa University of Sri Lanka Özer Y. (2008). Nanobilim ve Nanoteknoloji: Ülke Güvenliği/ Etkinliği Açısından Doğru Modelin Belirlenmesi. (10-15-32-33). Yayınlanmış Yüksek Lisans Tezi, Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstitüsü Özbay E. (2008) Nanoteknoloji ve Metamalzemelerin Sihirli Dünyası. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), Bilkent Üniversitesi White J. (2013) Nanotechnology Use in Agriculture: Benefits and Potential Risks. The Connecticut Agricultural Experiment Station, New Haven CT

Related Documents