Design and implementation of nanophotonic architectures using smart-self assembly of colloidal nanomaterials

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. Anahtar kelimeler: Programlanabilir kendinden dizilim, DNA-tabanlı kendinden dizilim, yerel ısıtma, koloidal nanoparçacıklar, DNA bağlama.