Si(100) yüzeyler üzerine kendiliğinden düzenlenen biyolojik aktiviteye sahip tabakaların tasarımı
Design of self-assembled layers with biological activity on the Si(001) surfaces
Yazar: GÖKHAN DEMİREL
Danışman: DOÇ.DR. MEHMET ÇAKMAK ; DOÇ.DR. TUNCER ÇAYKARA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry

Özet:
Si(100) YÜZEYLER ÜZERİNE KENDİLİĞİNDEN DÜZENLENENBİYOLOJİK AKTİVİTEYE SAHİP TABAKALARIN TASARIMI(Doktora Tezi)GÖKHAN DEMİRELGAZİ ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜEkim 2006ÖZETBu çalışmada, 3-aminopropiltrimetoksisilan (APTS), 12-hidroksidodekanoik asit (HDA) ve 2,2'-(etilendioksi)dietilamin (EDA)molekülleri kullanılarak Si(001) yüzeyler üzerine iki farklı amino uç gruplukendiliğinden düzenlenen tabaka hazırlandı. Dizayn edilen yüzeylerinkimyasal bileşimi X-ışınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılarakkarakterize edildi. XPS spektrumundan elde edilen C 1s ve N 1s pikleriAPTS, HDA ve EDA moleküllerinin yüzeyler üzerindeki varlığına bir kanıtoluşturmaktadır. APTS, HDA ve HDA-EDA ile hazırlanılan yüzeylerinortalama kalınlıkları spektroskopik elipsometre kullanılarak sırası ile 6,3,4,8 ve 6,7 nm olarak belirlenmiştir. Silikon yüzeyinde hazırlanılan APTS- veHDA-EDA-SAM'larının atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile belirlenenyüzey topolojilerinde hidroksillenmiş yüzeylere göre çeşitli yüksekliklerdeçok sayıda adacık içerdiği görüldü. Hidroksillenmiş, APTS, HDA ve HDA-EDA ile hazırlanılan silikon yüzeylerin su ile ölçülen değme açıları sırası ile0,3Â°, 57Â°, 38Â° ve 34Â° olarak bulundu. Amino uç gruplu SAM'lar üzerineprotein adsorpsiyonu biyotin, streptavidin ve flüoresans etiketli protein-Amolekülü kullanılarak gerçekleştirildi. Flüoresans mikroskopisi ile eldeedilen flüoresans görüntülerinden moleküllerin yüzeyler üzerindeoluşturduğu desenler belirlendi. Hazırlanılan yüzeylerde gerçekleştirilenantijen-antibadi ilişkisi elipsometre cihazı ile yüzeylerdeki kalınlıkdeğişiminin izlenmesi ile tespit edildi. Çalışmanın ikinci kısmında, APTS veHDA moleküllerinin Si(001)-(2x2) yüzeylere bağlanma mekanizmasıteoriksel olarak Viyena ab initio simulasyon paket programı (VASP)kullanılarak araştırıldı. İlk olarak, APTS molekülün bağlanmamekanizmasının belirlenmesi amacı ile (i) silikon dimerler üzerinde ve (ii)silikon dimerler arasında olmak üzere iki olası model önerildi. İlk durumikinci duruma göre yaklaşık 1,04 eV daha enerjitik olduğu bulundu. İkinciolarak ise hidroksillenmiş yüzeylere HDA molekülünün bağlanmamekanizması molekülün sahip olduğu iki farklı aktif uç grup (hidroksil vekarboksilik asit) göz önüne alınarak (a) lineer ve (b) açısal bağlanmalarönerildi. Modellerin Relaksasyonlarına bağlı olarak, HDA molekülü içinhidroksil uç grubundan silikon yüzeyine lineer bağlanma modeli diğerdurumlara göre 0,34 eV daha enerjitik olduğu belirlendi. Bunun yanında,APTS ve HDA bağlanmış yüzeylerin elektronik band yapıları temiz Si(001)-(2x2) yüzeyler ile karşılaştırılarak yüzey elektronik yapılarının değiştiğibelirlendi.Bilim Kodu : 201Anahtar Kelimeler : Nanoteknoloji, kendiliğinden düzenlenmiş tektabakalar, protein çip, yoğunluk fonksiyonuteorisi.Sayfa Adedi : 117Tez Yöneticileri : Doç. Dr. Tuncer ÇAYKARADoç. Dr. Mehmet ÇAKMAK

Abstract:
DESIGN OF SELF-ASSEMBLED LAYERS WITH BIOLOGICAL ACTIVITY ONTHE Si(001) SURFACES(Ph. D. Thesis)GÖKHAN DEMİRELGAZI UNIVERSITYINSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYOctober 2006ABSTRACTIn this study, two different amino-terminated self-assembled layers (SALs)composed of 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTS) and 12-hydroxydodecanoic acid (HDA) 2,2?-(ethylenedioxy)diethylamine (EDA) onthe Si(100) surfaces were prepared. Chemical compositions of designedsurfaces were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The N 1s and C 1s peaks in the XPS spectrum for the SAMs canqualitatively account for the existence of APTS, HDA and EDA moleculeson the silicon surface. Average thicknesses of APTS, HDA and HDA-EDAoverlayers as estimated by spectroscopic ellipsometry analysis were as6.3, 4.8 and 6.7 nm, respectively. The surface topographies of the APTS-and HDA-EDA-SALs observed by atomic force microscopy (AFM) areconsiderably different from the hydroxylated silicon surface and they havemany additional islands of various heights over the substrate. The watercontact angles of APTS-, HDA- and HDA-EDA-SALs were determined to beas 57Â°, 38o and 34o, respectively, whereas that of the hydroxylated siliconwas 0.3o, indicating that the difference in their surface hydrophobicility.Furthermore, protein adsorption studies on the amino-terminated SAMswere carried out by using biotin, streptavidin and fluorescein-labeledprotein-A molecules. The fluorescence images obtained by fluorescencemicroscopy showed the formation of the amino terminated SALs on theSi(100) surface. Interactions between antigen and antibody molecules onthe surfaces were also observed by using ellipsometry. In the second partof this study, binding mechanisms of APTS and HDA molecules on theSi(001)-(2x2) surfaces were theoretically investigated by Viena ab initiosimulation package (VASP). Firstly, two possible models for thechemisorption location of the APTS molecule are considered on thehydroxylated Si(001)-(2x2) surface: (i) an above-pedestal position and (ii)an above-hollow position. The first case is found to be energetically morefavorable than the latter by 1.04 eV. Secondly, we assume two differentorientations of HDA molecule on the hydroxylated surface: (i) a linear, and(ii) an angular situation on the above pedestal position. Within eachorientations, we consider two different end groups of the molecule on thesurface, i.e., hydroxyl and carboxylic acid group. Upon their relaxations,linear bonding model with hydroxyl end group of HDA molecule on thehydroxylated Si(001) surface is found to be more energetically favorablethan the other cases by 0.34 eV per HDA molecule. The electronic bandstructure of APTS and HDA chemisorbed surface have been alsocompared with that of the bare-Si(001)-(2x2) surface. It is observed that thechemisorption of APTS and HDA have considerably changed the surfaceelectronic structure of the Si(001)-(2x2) surface.Science Code : 201Key Words : Nanotechnology, self-assembled monolayers,protein chip, density functional theory.Page Number : 117Advisers : Assoc. Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARAAssoc. Prof. Dr. Mehmet ÇAKMAK