Bombyx mori ipek böceği ipeğinin kristalit biriminin mekaniksel özelliklerinin simülasyonu
Simulations of mechanical properties of crystalline units of Bombyx mori silkworm silk
Yazar: CEM UĞUZ
Danışman: PROF. DR. ÇETİN TAŞSEVEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tezin konusu, yüksek Young modülü, dayanıklılık, mukavemet, biyouyumluluk ve biyobozunurluluk gibi üstün fizikokimyasal özelliklerinden dolayı Bombyx mori ipekböceğinin ipeği olmuştur.  Bir çok türü olmasına rağmen (Bombyx mori, Tasar, Eri, Mugan, …) yetiştiriciliği yapılabilen Bombyx mori ipek böceği İpeği, tekstilden biyomedikal uygulamalara kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. İpeğin dikkate değer bu özellikleri genellikle Glysin ve Alanin amino asitlerin karmaşık dizilimlerinden kaynaklanır.  Bombyx mori ipek polimeri yarı kristal olarak polar-antiparalel ve antipolar-antiparalel  β- sheet kristal bölgelerin amorf bölgelerle bağlanmasıyla oluşur. Bu nedenle kristal bölgelerin yapısı ve mekanik özellikleri arasındaki ilişkileri anlamak kompozit malzemelerin üretilmesinde bilinmeyen özelliklere ışık tutacaktır.  Simülasyon yöntemler bu tür malzemlerin atomik boyutlarda ve sıradaşı durumlarda çalışılmasında ucuz ve pratiktirler. Kristal birimlerin mekanik özelliklerini (bölgesel çekme testi) keşfetmek için su ve vakumda Streed Molecular Dynamics simülasyon yöntemi kullanılmıştır. Bölgesel olarak farklı zincirlere ve katmanlara uygulanan mekanik çekme testiyle suyun hidrojen bağlarına, dayanıklılığa ve mukavemete olan etkisi anlaşılmıştır. İpek böceğinin türüne bağlı olarak zincir yönündeki boyut etkiside incelenmiştir.

Bu çalışma, 115F524 numaralı Yüksek Performans Uygulamaları İçin Bombyx Mori İpek Fibroin Kristalit Biriminin Termo-Mekaniksel Özelliklerinin Moleküler Dinamik Simülasyonu isimli TÜBİTAK projesi kapsamında desteklenmiştir.


Anahtar Kelimeler: Bombyx Mori İpek,  β- Sheet Kristal, Mekanik Çekme Test, Steered MD

Abstract:
Bombyx Mori silkworm silk (Mulberry silk) is the subject of this thesis which is the one of the many types of natural harvastable silkworm silk (Bombyx mori, Tasar, Eri, Mugan, …). Due to its exceptional physicochemical properties, such as high Young's modulus, stiffness, strength, biocompatibility and biodegradability. Silk has a wide range of application areas from textile to biomedical. Complicated squence of simple amino acid components, mostly Glysine and Alanine, gives the silk these remarkable properties. Bombyx mori silk fiber is considered as a semicrystalline  polymer consting of highly oriented polar-antiparallel and antipolar-antiparallel β- sheet crystalline regions connected with amorphous regions. Therefore it is of great importance to study mechanical properties of the crystalline region in order to shed light on some unknow properties, increase our understanding on structure and mechanics relation, and antribute to the production of composite materials. Simulation methods are cheep and practical to study such materials at atomic level and extreme conditions. We have used Steered Molecular Dynamics simulation method to investigate mechanical properties (local pulling test) of model crystalline region in vacume and water. Applying  the mechanical pulling test to different chains and sheets will let us understant the relation between local structure effect of water, hydrogen bonding, strength and toughtness of silk. Moreover, the effect of the size along the chain direction, that depends on the type of the silkworm, has been also examined.

This thesis was suportted by TUBITAK under the project 115F524 High Performance Applications for Molecular Dynamics Simulation of Thermo-Mechanical Properties of Bombyx Mori Silk Fibroin Crystallite Unit.

Keywords: Bombyx mori silk,  β- sheet crystallite, mechanical pulling test, Steered MD