AGU News: Hocam merhabalar öncelikle.
Hakan Usta: Merhaba, Hoş Geldiniz.
AGU News: Sizi Abdullah Gül Üniversitesinde birçok ödül almış ve prestijli dergilerde makaleleri yayınlanmış bir bilim insanı olarak tanıyoruz. Özellikle, son yıllarda Nature dergilerinde yayınlamış olduğunuz makaleler büyük ses getirdi. Bize bu çalışmalarınızı açıklar mısınız?
Hakan Usta: Bu araştırmalarımız 2015-2016 yıllarına kadar dayanıyor. Bilimsel bir konferansta konuşmalar arasında kahve molası verilmişti, orada Gazi Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Gökhan Demirel Hoca ile ayaküstü bilimsel bir sohbet esnasında bu araştırmaların ilk fikri ortaya çıktı. Bilimde iş birliği çok önemli, bu projeyi ülkemizde başlattık ve sonrasında çalışmaya Amerika'dan ve Hollanda'dan ekipleri davet ettik. Bu yılki son çalışmamız ise sadece Türkiye adresli bilim insanları ile çıktı. SERS adı verilen ileri bir spektroskopik teknik kullanıyoruz. Bu teknik sayesinde, moleküllerin parmak izlerini ortaya çıkarıp çok düşük miktarlarda molekülleri analiz edebiliyorsunuz. Hatta, bu teknikle tek-molekül hassasiyet seviyelerine ulaşılabiliyor. Biyolojik araştırmalarda, kanser tanısı ve tedavisinde, tarihi sanatsal tabloların ve objelerin aslında uygun restore edilmesinde ve sahtecilik, suç mahali analizi gibi daha birçok alanda kullanılan bu teknik çok özel bir ışık-molekül etkileşim esasına dayalı. 1970’li yıllardaki ilk bulgularda pürüzlü metalik yüzeylerde bu tekniğin çok iyi çalıştığı bulundu ve uzun yıllar boyunca bu amaçla sadece metalik yüzeyler kullanıldı. Son on yılda ise inorganik malzemeler de yavaş yavaş literatürde yerini almaya başlamıştı. Ama bu 50 yıl boyunca hiç kimse bu tekniğin günlük hayatta çok kullandığımız plastik malzemeler gibi organik bir platformun üzerinde çalışabileceğini öngörememişti.
2017 yılında yaptığımız aynı zamanda kapaktan duyurulan ilk Nature çalışmamızda (Nature Materials, 2017, 16, 918–924) rasyonel olarak dizayn edilmiş moleküllerden oluşan organik bir yüzeyin bu işlevle kullanılabileceğini dünyada ilk kez gösterdik. Bu makale bu alandaki ilk ses getiren çalışmamız oldu ve bu sayede bilime “organik-SERS” adını verdiğimiz çok yeni bir alan kattık. Bilimsel çalışmalarını SERS alanına adamış ünlü bilim insanı John R. Lombardi (City College of New York) bizim bu çalışmamızın önemi ve hangi kapıları açabileceği hakkında sonrasında Nature’da bir görüş makalesi (Nature Materials, 2017, 16, 878–880) yayımladı. Ayrıca, Amerika’nın önde gelen popüler bilim dergilerinden Chemical&Engineering News dergisi bu buluşumuzla alakalı bizimle yaptığı bir röportajı (https://cen.acs.org/articles/95/web/2017/08/Organic-semiconductor-film-enhances-Raman-signals.html) yayımladı. Bu moleküllerin geliştirilmesi sürecini “moleküler mühendislik” olarak adlandırıyoruz, nanometre ölçeğindeki moleküllerde mühendislik yapıp o amaca uygun molekülü dizayn ediyoruz ve geliştiriyoruz. Bundan 2 yıl sonra, 2019 yılında ikinci bir Nature çalışması (Nature Communications, 2019, 10, 5502) daha yaptık. Onda da bu geliştirdiğimiz teknikteki performans değerlerini tamamen yeni sistemler kullanarak arttırmayı başardık. Hatta, elde etmiş olduğumuz performans değeri literatürün 50 yıl boyunca tahmin ettiği değerlerin çok üzerindeydi. Bu yıl yayınlanan üçüncü Nature çalışmamızda (Nature Communications, 2021, 12, 6119) ise DNA ve proteinler gibi biyolojik makromoleküllerin üç boyutlu nanoyapılarının oluşmasında çok önemli bir role sahip olan karbonil gruplarının, yani karbon ve oksijenin birbirine ikili bağ ile bağlı olduğu fonksiyonel grupların, organik-SERS platformları için ilham kaynağı olabileceğini gösterdik. Buna yönelik moleküler mühendislik tasarımı uyguladık ve karbonil gruplarını moleküllerin içerisine yerleştirdik. Karbonil grupları olmayan moleküllere göre tam da beklediğimiz gibi 3 boyutlu ve gözenekli nano- ve mikro-mimariler oluşturmayı ve bunları organik-SERS platformu olarak kullanmayı başardık. Bu çalışma bir yandan da aslında şunu göstermiş oldu: biyolojik sistemlerden esinlenebileceğimiz ve malzeme bilimi, kimya, fizik gibi alanlara uygulayabileceğimiz daha birçok moleküler mühendislik yaklaşımı bizi bekliyor. Biz bu son çalışmada sadece onun küçük bir kısmına dokunup böyle güzel sonuçlar elde etmiş olduk.
AGU News: Öğrenciler açısından dikkat çekebilecek bir nokta olan şu soruyu izninizle sormak istiyorum, az önce bahsetmiş olduğunuz uygulamaların sanayide yeri ne olacak? Ne bekliyoruz bunun çıktısı olarak?
Hakan Usta: Az önce de bahsetmiş olduğum gibi aslında moleküler sistemlerin tanınabilmesinin, tek molekül seviyesine inilebilecek kadar çok düşük miktarlarda tayin edilebilmesinin ve ayırt edilebilmesinin çok farklı uygulamaları var. Bu kanser ve birçok hastalığın tanı ve tedavisinden, paha biçilmez sanat eserlerinin restorasyouna kadar çok geniş bir spektruma hitap ediyor. Yani organik moleküllerin girdiği ve kullanılabileceği her alanda kullanılabilir. Bu yöntemi diğerlerinden ayıran özellikler ise çok hızlı ve basit olması, organik malzemelerin biyolojik moleküllerle daha uyumlu olup düşük maliyetlerde üretilebilmeleri. Bu analiz yönteminde şu ana kadar kullanılan malzemeler, yani metaller ve inorganikleri düşündüğümüz zaman, bunlar evrensel malzemeler olup moleküller arasında bir ayrım yapamadığını görüyoruz. Kısacası A ve B molekülünü birbirinden ayırt edilemiyor. Bizim bu çalışmamızda organik nano-mimarilerle bunun yapabiliyor olmamız, aslında her tanı koymak istediğimiz moleküle özel organik-spesifik sistem geliştirebilmemizin önünü açmış olacak. En büyük uygulamasının da bu olacağını düşünüyorum. Bu, şu ana kadar 50 yıllık bir alanda metalik ve inorganik malzemelerle başarılamamış bir şey. Özünde moleküler-spesifik bir tanı yöntemi geliştireceğiz ve bunu biyolojiden sanata ve adli uygulamalara kadar çok geniş bir spektrumda kullanacağız. Kullandığımız teknik çok hızlı bir spektroskobik teknik, biz de buna yönelik çok ucuz maliyeti düşük hatta kâğıt plastik gibi platformların üzerine bile koyabileceğimiz altlıklar hazırlıyoruz. Gelecekte ürettiğimiz platformların bahsettiğimiz geniş spektrumdaki alanlarda kullanıldığına hep birlikte şahit olacağız. Biraz da bundan dolayı yaptığımız bu çalışmalar Nature dergilerinde yayınlanabiliyor çünkü Science, Nature gibi dergilerde bir çalışmanın yer alabilmesi için, daha önce yapılan bir çalışmanın üzerine bir şey koymak değil tamamen yeni bir alan açıyor olmanız gerekiyor. Bu çalışmalarımıza çok sayıda atıf aldık, şu anda makalenin gördüğü ilgiden memnunuz. Ama tabiki daha kat edilecek çok fazla yol var.
AGU News: Çalışmalarınızı laboratuvar ortamında mı yürütüyorsunuz?
Hakan Usta: Evet, çalışmalarımızı hem bilgisayar ortamında hem de laboratuvar ortamında koordineli bir şekilde yürütüyoruz. Buna örnek olarak bahsettiğimiz altlıkları geliştirme yöntemlerinde kullanılan moleküllerin önce bilgisayarda kuantum-mekaniksel yöntemlerle tasarımını yapıyoruz, çünkü laboratuvara inmek ve bir molekülü sentezlemek çok maliyetli ve zaman alıcı bir şey. Çok fazla deney ve sentez yapmanız gerekebiliyor. Önce teorik hesapları yapıp sanal ortamda oluşturulan bu moleküllerin gerçekten çalışacağına ikna olursak da laboratuvar ortamında lisansüstü öğrencilerimiz bunların sentezini yapıyorlar. Sentez bazen aylar sürebiliyor, bu sentezleme işlemi sonunda geliştirdiğimiz çok saf katı malzemeleri kullanarak özel bir teknikle mikro- ve nano-mimariler oluşturuyoruz. Kullandığımız teknik 10 dakikanın altında bir sürede bir molekülü nano-mimariye dönüştürebiliyor. Daha sonra ise platformların SERS etkinliğini anlamaya yönelik deneysel ölçümleri yapıyoruz. Son yaptığımız çalışmanın bütün basamaklarını tamamen Türkiye’de yürüttük, bu da tabiki bizim için ayrıca mutluluk verici.
AGU News: Bildiğimiz kadarıyla çalışmanız Nature Communications dergisinde yayınlanan tamamen Türkiye adresli nadir çalışmalardan, bunun hakkında ne demek istersiniz?
Hakan Usta: Evet, bu çok gurur verici. Umarım, bu tür kaliteli çalışmalar ülkemizden daha çok çıkar.
AGU News: Bildiğimiz gibi her yeni teknolojinin gelişme sürecinde bazı aşamalar var, bu aşamaların sonuncusu da son kullanıma sunulması oluyor genellikle. Sizin öncülük ettiğiniz bu teknolojide son kullanıma sunulabilecek türden. Ama bazen teknolojilerin son kullanıma sunulması bazen on yıllar bazen yüzyıllar alabiliyor. Bu süreci hızlandırmak için neler yapılabilir? Sizin de son kullanıma yönelik çalışmalarınız var mı?
Hakan Usta: Benim gördüğüm, şu anki bilimsel literatürün ilerleyişiyle paralel olarak, bundan 20-30 yıl sene öncesine kadar çok hızlı bir yeni bilgi akışı var, her gün on binlerce makale yayınlanıyor. Bu açıyı daraltıp dünyanın en prestijli akademik dergilerini düşündüğümüz zaman bile her gün yüzlerce yeni makaleyle karşılaşıyoruz. Ama bunların içerisinden kaç tanesi gerçekten bir teknoloji ürününe dönüşüyor dersek bu oranın çok düşük olduğunu görürüz. Bazıları çok temel makaleler olarak kalıp birçok çalışmaya ışık tutarken bazıları da Nobel ödüllerine kadar uzanabilecek etkinliğe sahip olabiliyor. Bu bağlamda TRL (Technology Readiness Level) devreye giriyor. Bu terim bilimsel buluşun teknolojik uygulamaya ne kadar hazır olduğuyla alakalı. Genelde laboratuvarda yapılan çalışmaların çoğu, prototipi yapılmamış sadece temel olarak incelenmiş ve kanıtlanmış çalışmalar ve TRL seviyeleri genelde 3 ve altında kalıyor. Ancak bizim çalışmamızda olduğu gibi çok hızlı prototiplenecek, çok hızlı teknolojiye uygulanabilecek çalışmalarda bu seviye 4 ve üzerine hızlı bir şekilde çekilebilir. Bunun yolu da üniversitedeki araştırma gruplarının araştırdıkları teknolojiye bağlı olarak startup şirketleri kurmasından geçiyor. Kendi araştırmalarımızdan bahsedecek olursak, bizim üç Nature çalışmamız da çok temel seviyede. Uygulama yönü çok büyük potansiyeli de olsa çok temel seviyede araştırmalar olduğu için şu anda böyle bir adımımız olmadı ama buna kafa yoruyoruz. Doğru molekülleri, doğru platformu bulduğumuza inandığımız zaman mutlaka bunu bir patent ve startup şeklinde de ticarileştirme adımımız olacak. Yurtdışında uzun yıllar boyuncaki iş deneyimlerimden de edindiğim tecrübeye dayanarak şu gerçekliği de hatırlatmam gerekir ki, artık teknolojinin öyle bir noktasındayız ki 15-20 yılın altında bir zamanda tamamen özgün bir teknolojik ürünün ortaya çıkması ve yeni ürünlere yön vermesi çok zor. Buna örnek olarak dokunmatik ekran teknolojisini, LCD ve OLED teknolojilerini verebiliriz, bu teknolojleri yaygın bir şekilde cep telefonlarında ve bilgisayarlarda kullanmaya başlamamız bunların keşfinden sonra çok uzun yıllar aldı.
AGU News: Son olarak, Türkiye'de ve dünyada kaliteli bilimsel çalışmalara imza atmak isteyen öğrencilere ne tavsiye edersiniz?
Hakan Usta: Öncelikle, Türkiye'de kaliteli bilim yapılabileceğine yürekten inanıyorum ve AGÜ'de bulunduğum yıllar boyunca da elimden geldiğince bunu göstermeye çalıştım. Bilimi düzgün yapabilmek, kaliteli ve dünya seviyesinde yapabilmek için öğrencilerimizin yapmaları gereken birkaç şey olduğunu düşünüyorum. Bunların birincisi; öğrencilerimizin sevdiği ve ilgi duyduğu bir alana yönelmeleri ve kendilerine yol gösterecek bir danışman hoca seçmeleri gerekiyor. Sonrasında, öğrencilerimizin İngilizceyi çok iyi biliyor olması ve bu sayede çalıştıkları alanla ilgili temel seviye bilgiye sahip olmaları ve bilimsel literatürü çok iyi takip edebilmeleri geliyor. Doğru problemleri tespit edip, bunların çözümüne yönelik doğru soruları sorabiliyor olmak ve hipotezler ortaya koyabiliyor olmak lazım. Bu hipotezler ile mevcut literatüre ve teknolojiye ne katabileceğimizin de cevabını veriyor olmamız lazım. Son olarak da sevdikleri alanda çok çalışmaları gerekiyor. Bu iş zekânın ötesinde çok çalışmayla ve disiplinli olmayla alakalı. Ben disiplinli olup çok çalışan bir öğrencinin mutlaka başarıya ulaşacağına inanıyorum. Tüm bunların özüne inersek temelde bilimi ve teknolojiyi sevmek var. Bu sevmeden yapılabilecek bir iş değil. Evrensel bilimi inşa etmek üzere özellikle son iki-üç yüzyılda bizden önce gelen birçok değerli bilim insanının koyduğu bilimsel tuğlaların üzerine bizler de birer tuğla eklemeye çalışıyoruz aslında; bir bilim insanı olarak profesyonel hayattaki kendi misyonumu da bu şekilde tanımlıyorum. Bizden sonra gelecek nesiller de yeni yeni tuğlalar ekleyecekler ve bu sayede evrensel bilim inşa edilmeye devam edilecek. Son olarak 9 yıl Amerika'da kaldıktan sonra Türkiye'ye dönmüş birisi olarak kaliteli bilim yapmak istiyorsanız AGÜ’nün vizyonunu ve kendine edindiği araştırma misyonunu çok değerli buluyorum. Tabiki bütün bu yaptığımız işlerde lisansüstü öğrencilerimizin emekleri her şeyin önünde, onlar laboratuvarda bu tarz çalışmaları yürütüp, başarılı sonuçların ortaya çıkmasında öncü rol oynuyorlar. Onların emekleri olmadan da bu çalışmaların gerçekleşemeyeceğini belirtmek isterim.
AGU News: Çok teşekkür ederiz.
Hakan Usta: Ben teşekkür ederim.
