Deniz anasındaki proteinden biyolojik LED’e

DİDEM ERYAR ÜNLÜ

Sadece daha az kaynak kullanmakla kalmayan, aynı zamanda gün boyunca güneşi taklit ederek ruh halinizi iyileştiren biyolüminesan LED'lerle aydınlatılmış bir gelecek düşünün… Doğa ile insan yapımı ortam arasındaki uçurumu kapatabilecek bir biyo ve nanoteknoloji devriminin eşiğinde olduğumuza inanan genç bilim insanı Dr. Ruben Costa’ya göre, bu devrim sandığımızdan çok daha yakın. “Yapmamız gereken şey, bildiğimiz ve anladığımız bu materyaller ve teknolojiler arasında bir köprü kurmak” diyen İspanyol araştırmacı, Dünya Ekonomi Forumu’na yaptığı açıklamada, “İnanıyorum ki, bir sonraki devrim bu olacak” diyor.

MIT Technology Review'un 35 yaşın altındaki İnovasyon Liderleri listesinde yer alan Costa, biyolojik bir LED yaratmak amacıyla uzun zamandır deniz analarına yönelik araştırmalar gerçekleştiriyor. Bu çalışmaların sonucunda ise deniz anasında bulunan ve ışık yayma özelliğine sahip olan proteinlerin stabilizasyonu konusunda önemli sonuçlara ulaştı. Costa’nın araştırması, Nobel ödülü sahibi bilim insanlarının çalışmalarını bir araya getirir nitelikte. Roger Tsien, Martin Chalfie ve Osamu Shimomura, 2008 yılında deniz analarında görülen yeşil floresan proteininin (GFP) keşfi ve geliştirilmesiyle ilgili çalışmalarıyla kimya alanında Nobel Ödülü almışlardı. Martin Chalfie aynı zamanda, bu proteini tanımlayan ve parlamasına neden olan DNA’yı ortaya koymuştu. Yeşil floresan proteinler (GFP) bugün genlerin izlenmesinde önemli bir role sahip.

2014 yılında ise, enerji verimli mavi ışık yayan diyotların (LED) keşfi, fizik alanında üç bilim adamına Nobel Ödülü’nü kazandırdı. Japonya’daki Meijo ve Nagoya Üniversitesi’nden Isamu Akasaki, yine Nagoya Üniversitesi’nden Hiroshi Amano ve Santa Barbara’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden Shuji Nakamura bu ödülü paylaşan isimler oldu. Dr. Ruben Costa, LED teknolojisinin, insanlığın bugüne kadar ürettiği en güçlü teknoloji olduğuna inanıyor. Bir konferansta floresan proteinleri üzerine bir konuşma duyduktan sonra, bunların “güzel bir malzeme” olduğunu düşünmeye başlayan Costa, bu proteinleri aydınlatma aracı olarak kullanmaya karar veriyor. Her ne kadar “floresan proteinlerin stabilizasyonu” imkansız görünse de, Costa bunu gerçekleştireceğine inanıyor. “Teknolojiyi biyo-bileşiklerle yapabileceğimizi hiç düşünmemiştim” diye itiraf ediyor.

Sürdürülebilir LED’lere doğru

Biraz geriye dönelim: Evlerimizi, cep telefonlarımızı ve bilgisayar ekranlarımızı aydınlatan beyaz LED'leri yapmak için, Nakamura'nın mavi çipi, güçlü mavi ışığın filtrelenmesi için bir bileşikle kaplandı. Bu filtre, güçlü mavi ışığı yumuşatmak için en iyi malzemelerden biri olan itriyum gibi nadir toprak malzemelerinden elde edilen sarımsı bir fosfordu. Fakat LED’lerin global aydınlatma endüstrisine gittikçe daha fazla hakim olması ve üretim maliyetlerinin düşmesi, 2019-2022 arasında itriyum talebinin çok daha ciddi boyutlara ulaşacağını gösteriyor. Bu, önemli bir sorun teşkil ediyor, çünkü itriyum ender bulunan bir malzeme, ve hem çıkartılması hem de diğer ülkelere ulaşımı açısından önemli bir karbon ayak izine sahip.

BioLED de işte bu noktada devreye giriyor. Costa’nın dediği gibi, proteinlerin en önemli avantajı, E.coli bakterisi sayesinde dünyanın her yerinde, son derece düşük bir maliyetle üretilebiliyor olmaları. BioLED’ler şu an için bin 700 saat boyunca aydınlatma sağlayabiliyorlar. Costa’nın hedefi 5 bin ila 10 bin saate ulaşmak.

Kendi kendini yeniliyor

Biyolojik malzemelerin bir diğer özelliği de, kendi kendilerini yenileyebilmeleri. Nitekim BioLED’lerin temelini oluşturan protein, ışık kapalı iken kendini yenileyebiliyor. Costa, “Siz uyurken, protein kendi yapısına tekrar kavuşuyor” diyor. Bu arada, BioLED, gün boyunca güneş ışığını taklit etme özelliğine de sahip.

Güneş pencereleri

Bugüne gelirsek; 2050 yılında dünya nüfusunun yüzde 68’inin şehirlerde yaşayaması bekleniyor. Dünya hızlı şehirleşmeye sürdürülebilir çözümler yaratmaya çalışırken, Costa’nın BioLED’i önemli bir yenilik daha sunmaya hazırlanıyor. Costa ve ekibi, şu sıralar ‘güneş pencereleri’ üzerine çalışıyor. Yani güneş panellerine, biyolojik bir filtre yerleştiriyorlar. Panel içine yerleştirilecek floresan proteinler, güneş ışığının yüksek enerjili mavi UV kısmını, spektrumun düşük enerjili turuncu-kırmızı kısmına indirgeyecek ve pencerelerin köşelerinde, bir USB bağlantısının bulunduğu küçük güneş hücrelerine taşıyacak. Bu sayede cep telefonlarını ve diğer cihazları şarj etmek mümkün olacak.

Sıfır emisyonlu binalara giden yolda, güneş pencerelerinin geleceği parlak görünüyor. ABD'li bilim insanlarına göre, beş ila yedi milyar metrekarelik bir cam yüzey, ülkenin enerji ihtiyacının yüzde 40'ını karşılayacak şekilde kullanılabilecek.

Bir deniz anası bu kadar farklı inovasyona ilham verebiliyorsa, okyanusun geri kalanının neler sunabileceğini siz düşünün. Costa’nın dediği gibi, doğaya daha iyi bakmamız ve sunduğu malzemeleri değerlendirmemiz gerekiyor, çünkü ihtiyacımız olan doğa ile teknoloji arasında köprü kurmak.”