Nörotransmitter moleküllerin algılanması için bor karbür tek katmanlı hegzagonal yüzeyin fonksiyonel hale getirilmesi
Functionalization of hexagonal boron carbide single layer for neurotransmitter molecule detection
Yazar: NIJAT SHUKUROV
Danışman: PROF. DR. HANDAN OLĞAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Biyosensörler = Biosensors ; Dopamin = Dopamine ; Nanomateryaller = Nanomaterials ; Yoğunluk fonksiyonu teorisi = Density function theory ; İlaç taşıyıcılar = Drug carriers

Özet:
Grafen olarak da bilinen tek katmanlı karbon yapısının keşfinden bu yana, yeni tek katmanlı yapılar geliştirmeye yönelik güncel çalışmalar sürdürülmektedir. İki boyutlu (2D) yapıları nedeniyle, grafen ve grafen benzeri tek tabakalar geniş etkileşim yüzey alanlarına sahiptir ve bu nedenle çevredeki diğer kimyasallarla etkileşime karşı çok hassastır. Bu özellik, biyoalgılama teknolojileri ve ilaç salınımı çalışmalarının neredeyse tamamında büyük ilgi görmektedir. 
Bu tezin yazıldığı tarih itibariyle, Bor-Karbür (BC) yüzeyi henüz deneysel olarak sentezlenmemiştir, ancak bu 2D malzemenin gelecekteki potansiyel uygulamalarına ilişkin bazı kritik fikirler elde etmek için deneysel çalışmalar ve teorik tahminler devam etmektedir. Bu çalışmada ilk olarak, BC yüzeyi için grafen benzeri düzlemsel bir model ele alınmış ve bu modelin yapısal kararlılık hesaplamaları Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) yaklaşımı kullanılarak teorik olarak yapılmıştır. Sonuç olarak, BC yapısının termal ve dinamik olarak kararlı olduğu bulunmuştur.
2D yapılar sentezlenirken bazı yüzey kusurlarının oluşması kaçınılmazdır. Bu amaçla çalışmanın ikinci aşamasında, BC tek tabakasının kusurlu (boşluk ve atom yerdeğiştirmeli katkılama kusurları) versiyonları da modellenerek bu kusurların yüzeyin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerindeki etkisi belirlenmiştir.
Son bölümde ise, kusursuz ve kusurlu BC yüzeyleri üzerinde dopamin adsorpsiyonunun geometrik optimizasyon süreci başarıyla tamamlanmıştır. BC yüzeyinin biyoalgılama özelliklerini ortaya koymak için dopamin adsorbe edilmiş sistemlerin yapısal ve elektronik özellikleri analiz edilerek sonuçlar temiz yüzeylerinkilerle karşılaştırılmıştır. Tüm bu çalışmaların neticesinde kusursuz ve boşluk kusurlu BC yüzeylerinin dopamin etkileşimi için iyi adaylar olduğu bulunmuştur.

Abstract:
Since the discovery of the single-layer carbon structure which is known as graphene, new studies have been recently oriented to develop novel monolayers. Due to their two-dimensional (2D) structure, graphene and graphene-like monolayers have large interaction surface areas and therefore they are very sensitive to interaction with other chemicals in the environment. This feature attracted great attention in almost all spectrums of biosensing technologies and drug delivery studies. In this thesis, we have focused on determining the adsorption process of dopamine on both the intrinsic Boron-Carbon (BC) monolayer and its defective surfaces using computational methods.  
As of the writing date of this thesis, the Boron-Carbon surface has not yet been experimentally synthesized, but experimental studies and theoretical predictions are ongoing to gain some critical insights into potential future applications of this 2D material. In this study, firstly, a graphene-like planar model for the BC surface have been considered and the structural stability calculations of this model have been theoretically performed by using Density Functional Theory (DFT) approach. As a result, we have found that BC structure is thermally and dynamically stable. 
Some surface defects are inevitable when synthesizing 2D structures. For this purpose, in the second stage of the study, defected versions of BC single layer (vacancy and foreign atom substitution defects) have also been modeled to determine the effect of these defects on the physical and chemical properties of the surface. 
In the last part, the geometric optimization process of dopamine adsorption on the perfect and defected BC surfaces have been completed successfully. Structural and electronic properties of the dopamine-adsorbed systems have been analyzed and compared with bare surfaces in order to present the biosensing properties of the BC surface. As a result of all these studies, perfect and vacancy-defected BC surfaces have been found to be good candidates for dopamine interaction.