Synthesis and use of single-walled carbon nanotube transistors for single-molecule studies of dna polymerase i
Tek duvarlı karbon nanotüp transistörlerin sentezlenmesi ve dna polimeraz ı tek-molekül çalışmalarında kullanılması
- Tez No: 707992
- Danışmanlar: PROF. DR. PHILIP G. COLLINS
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Biyoteknoloji, Physics and Physics Engineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Calıfornıa Irvıne
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tezin ilk bölümü yüksek saflıkta tek duvarlı karbon nanotublerin (KNT) sentezlenmesi üzerinedir. KNT sentezleme parametrelerinin kontrollü olarak degiştirilmesi ile yüksek miktarda verim alınması amaçlanmıstır. KNT sentezi için çekirdek kabul edilen metal katalizör parçacıkların kimyasal aktivitelerinin arttırılması katilözerlerin üzerinde oturduğu SiO2 yüzeyinin hidrojen peroksit ile işlenmesi ve katalizörlerin hidrojen ile indirgenme sürelerinin dikkatli şekilde çalışılması ile elde edilmiştir. KNT sentezi literatüründe iyi bilinen“su buharı ortamında KNT sentezi tekniği”gaz bazında moleküler oxijenin kimyasal buhar çökeltme (KBÇ) fırınına doğrudan verilmesi ile sağlanıp kontrollü miktarda su buharı elde edilmiştir. Moleküler oksijen KNT verimini büyük ölçüde arttırırken aynı zamanda sentezlenen KNT'lerin capının büyüklüğünü azaltmıştır. Verimdeki artış KNT sentezi için kullanılan katalizör konsantrasyonunun 1000 kat azaltılmasına ve dolayısıyla katalizör kirliliğinin büyük ölçüde giderilmesine olanak sağlamıştır. Tezin ikinci bölümünde tek duvarlı KNT'lerden yapılan transistörler biyosensör olarak kullanıllıp KNT'lere tutturulan tek DNA polimeraz molekülü incelenmiştir. DNA polimeraz DNA kopyalanmasından sorumlu karmaşık bir katalitik döngüye sahip olan kritik bir molekül olduğundan tek molekül tekniğiyle incelenmeye değer bir enzimdir. DNA polimerazın Klenow fragment (KF) tipi incelenip enzimin kinematik parametreleri KNT transistörlerden alınan elektronik sinyallerin analizi ile elde edilmiştir. Doğal nükleotitler ve α-thio-dNTP, 2-thio-dTTP, 2-thio- dCTP, and 6-chloro-dGTP gibi benzeşiklerinin kinematikleri karşılaştırılarak enzimin her iki durum için verdiği yanıt gözlemlenmiştir. DNA polimerazın kapalı konumunda herhangi bir değişim gözlenmezken benzeşiklerin kullanımının enzimin açık konumda kalma süresini büyük olçüde uzattığı gözlemlenmiştir. Ek olarak KNT transistör tekniği kullanılarak DNA molekülü üzerinde bulunan nükleotitlerin sayımı gerçekleştirilimiş ve bir nükleotitten az bir kesinlik ile molekülün uzunluğu okunmuştur.
Özet (Çeviri)
The first half of this dissertation is focused on the synthesis of high quality single-walled carbon nanotubes (SWCNTs). The project goal was to improve SWCNT yields by tuning different growth conditions. Improvements in catalyst activity were observed with an H2O2 surface treatment and by tuning the hydrogen reduction time of the catalysts. In addition, a waterassisted chemical vapor deposition (CVD) was developed that used dry feedstocks with a small, controlled quantity of molecular oxygen. In this process, reactions between oxygen and hydrogen in the reaction zone provided precise water concentrations at the point of synthesis and short time constants. This water vapor dramatically increased SWCNT yield, but the added oxygen also changed the resulting SWCNT diameter distribution. SWCNTs were synthesized with a mean diameter of 0.7 nm and a narrow diameter distribution from 0.5 to 1.0 nm. Improvement in yield reached the limit where each particle resulted in one SWCNT. This allowed the catalyst concentration to be reduced by 102 to 103, greatly reducing catalyst contamination. In the second half of this dissertation, SWCNT field effect transistors (FETs) were used as single-molecule biosensors to investigate DNA polymerase I. DNA polymerases are critical enzymes for DNA replication, and because of their complex catalytic cycle they are excellent xii targets for investigation by single-molecule experimental techniques. The Klenow fragment (KF) of DNA polymerase I was studied by attaching single KF molecules to sensitive SWCNT FETs. Using these devices, this work investigated two aspects of KF activity. First, the kinetics of native dNTPs were compared to analog dNTPs. Analogs like α-thio-dNTP, 2-thio-dTTP, 2-thiodCTP, and 6-chloro-dGTP each proved that analogs had almost no effect on the duration of KF's closed conformation, the portion of the catalytic cycle during which a dNTP is incorporated. Instead, the entire effect of these analogs was to change the duration of the open conformation. The thiolated and chlorinated analogs appeared to interfere with KF's recognition and binding, two key steps that determine ensemble turnover rates. Second, KF devices were probed with small concentrations (<10 nM) of template to investigate KF's variability in processing single template molecules. Base pair counting demonstrated that the SWCNT FET could read template lengths with an accuracy <1 base and easily distinguish different template lengths.
Benzer Tezler
- Synthesis and use of single-walled carbon nanotube transistors for single-molecule studies of DNA polymerase I
Başlık çevirisi yok
OSMAN TOLGA GÜL
Doktora
İngilizce
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiUnıversıty Of Calıfornıa IrvınePROF. PHILIP G. COLLINS
- Sorting single wall carbon nanotubes by electronic structure using gel chromatography
Tek duvarlı karbon nanotüplerin elektronik yapılarına göre jel kromatografi yöntemi ile ayrılması
FERESHTEH ORDOKHANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ
- Farklı destek ve katalizör malzemeleri ile tek duvarlı karbon nanotüp sentezi
Synthesis of single walled carbon nanotubes with different substrats and catalysts
FATİH GÜMÜŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ
- CVD yöntemi ile karbon nanotüp üretimi, karakterizasyonu, modifikasyonu ve kullanım alanlarının araştırılması
Production of carbon nanotube via CVD method, their characterization, modification and investigation of their aplication areas
GÜLŞAH OZAN AYDIN
- Karbon nanotüp esaslı yüksek performanslı liflerin üretim yöntemleri, mekanik ve yapısal özellikleri ve uygulama alanları
Production methods, mechanical and structural properties and application areas of carbon nanotube based high performance fibers
ÜLKÜ KÖSE
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KARACAN