Design and implementation of nanophotonic architectures using smart-self assembly of colloidal nanomaterials
Koloidal nanomalzemelerin akıllı kendinden dizilimi ile nanofotonik mimarilerin tasarımı ve uygulaması
- Tez No: 898125
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TALHA ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Programlanabilir kendinden dizilim, DNA-tabanlı kendinden dizilim, yerel ısıtma, koloidal nanoparçacıklar, DNA bağlama, Programmable self-assembly, DNA-driven self-assembly, localized heating, colloidal nanoparticles, DNA conjugation
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Abdullah Gül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
DNA tabanlı kendiliğinden dizilim teknikleri, özgül Watson-Crick etkileşimleri aracılığıyla kolloidal nanoparçacıkların yerleşimini hassas bir şekilde kontrol etmeyi ve ortamın sıcaklığını kontrol ederek bu sürecin geri dönüştürülebilirliğini sağlamayı mümkün kılar. Bu tez, lazer ışınımı kullanarak DNA ile işlevselleştirilmiş nanoparçacıkların bağlanma/ayrılma sürecini kontrol etmek için alternatif bir strateji araştırmaktadır. Bu tezde, ilk olarak, DNA ile birleştirilmiş altın nanopartikül ağlarının optik özelliklerinin, dış optik uyarım yoluyla aktif olarak nasıl manipüle edilebileceği gösterilmiştir. Özellikle, yeşil bir el lazeri ile ışınlandığında, toplam geçirgenlikte yaklaşık %30'luk önemli bir artış gözlemlenmiş, buna optik mikroskop görüntülerinde gözlemlenebilen opak durumdan şeffaf duruma geçiş eşlik etmiştir. Bu sürecin tersine çevrilebilirliği, ışınlamanın kesilmesinden sonra nanoparçacık ağının restorasyonu ile kanıtlanmıştır. Bu gözlem, DNA-takılı nanoparçacık ağlarının hem yapısını hem de optik özelliklerini uyarlamada optik uyarmanın etkinliğinin altını çizer. İkinci olarak, harici bir optik alan uygulayarak, DNA-takılı yarı iletken nanoparçacıkların eşlenik DNA-takılı cam yüzeyler üzerinde birleşmesini kontrol etmek için bir yöntem sunulmuştur. Çalışmalarımızda, yeşil bir lazer, DNA-takılı cam üzerinde kırmızı ışık yayan DNA-takılı kuantum noktalarının birleşmesini yönlendirmiş ve lokal ısıtma nedeniyle kaplanmamış noktalar bırakmıştır. Bu etki, 57.1 W/cm² ışınım yoğunluğuna sahip bir lazer kullanılarak üç saatlik ışınım sonrasında belirgin hale gelmiştir. Farklı lazerler ve nanoparçacık türleri ile yapılan deneyler, lazer kaynaklı ısıtmanın DNA-DNA etkileşimi ile kuantum nokta-cam bağlanmasını önlemedeki rolünü doğrulamıştır. Önceden kaplanmamış noktaların DNA takılı yeşil ışık yayan kuantum noktalar ve boya takılı DNA'lar ile ikincil kaplanması, hiyerarşik birleşmeyi göstermiştir. Bulgularımız, çeşitli nanoparçacık mimarileri için ışık destekli DNA tabanlı kendiliğinden birleşmenin potansiyelini vurgulamakta, optoelektronik ve nanofotonik alanlarında yenilikçi uygulamalar vaat etmektedir.
Özet (Çeviri)
DNA-driven self-assembly techniques offer precise control over the positioning of colloidal nanoparticles through specific Watson–Crick interactions, and its reversibility via controlling the temperature of medium. This thesis explores an alternative strategy to control DNA-functionalized nanoparticles' binding/unbinding process by leveraging laser radiation, inducing localized heating within the nanoparticles to facilitate disassociation. First, we demonstrate the active manipulation of the optical properties of DNA-assembled gold nanoparticle networks via external optical excitation. Specifically, irradiation with a green hand-held laser yields a substantial ∼30% increase in total transmittance, accompanied by a transition from opaque to transparent states observable in optical microscopy images. The reversibility of this process is demonstrated by the restoration of the nanoparticle network post-irradiation cessation, underscoring the efficacy of optical excitation in tailoring both the structure and optical characteristics of DNA-mediated nanoparticle assemblies. Second, we introduce a method to tailor DNA-driven self-assembly of semiconductor nanoparticles on glass by applying an external optical field. A green laser directs the assembly of DNA-functionalized red-emitting quantum dots (QDs) on DNA-functionalized glass, leaving uncoated spots owing to localized heating. This effect becomes prominent after three hours of radiation using a laser with an irradiance of 57.1 W/cm2. Experiments with different lasers and nanoparticle types confirm the role of laser-induced heating in preventing QD-glass bonding via DNA-DNA interaction. Secondary coating of previously uncoated spots with DNA-functionalized green-emitting QDs and dye-functionalized DNAs indicates a successful hierarchical self-assembly. Our findings highlight the potential of light-assisted DNA-driven self-assembly for diverse nanoparticle architectures, promising applications in optoelectronics and nanophotonics.
Benzer Tezler
- Yangın riski taşıyan açık alanlar için CBS tabanlı, bulut altyapılı, yüksek hassasiyetli, nanofotonik erken yangın tespit sistemi tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a GIS based, cloud substructured, high sensitive, nanophotonic early fire detection system for fire risk areas
YÜCEL GÜLLÜCE
Doktora
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ NURHAN ÇELİK
- Design and implementation of a digital signal processor system using field programmable gate arrays
Dışarıdan programlanabilen kapı dizileri kullanarak sayısal sinyal işlemci sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi
GÖKHAN GÜLTOPRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT AŞKAR
- Design and implementation of agent architecture for an electronic marketplace
Elektronik bir pazar için ajan mimarisi tasarımı ve uygulaması
METİN YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASUMAN DOĞAÇ
- Design and implementation of a computer based uroflowmeter systems
Kişisel bilgisayar tabanlı uroflowmetre cihazının tasarımı ve gerçekleştirilmesi
YUSUF BOZKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZİYA İPER
- Design and implementation of multimedia database applications
Çoklu ortam veri tabanı uygulamalarının tasarımı ve gerçekleştirimi
RAMAZAN SAVAŞ AYGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADNAN YAZICI