Öğretim Üyemizin Çalışması ACS Nano Dergisinde Kapak Makalesi Olarak Yayımlandı

TOBB ETÜ Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Ersin Emre Ören ve doktora öğrencileri Büşra Demir ve Çağlanaz Akın’ın, University of California Davis ve Arizona State University'den araştırmacılarla birlikte, “Kendiliğinden Hizalanan Nanobağlantılar ile Tek Moleküllü Entegre Devreler” üzerine yaptığı çalışma, ACS Nano (etki faktörü: 17.1) dergisinde kapak makalesi olarak yayımlandı.

TOBB ETÜ Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Biyonanotasarım Laboratuvarı’nda tasarlanan kapak resmi

Dr. Ersin Emre Ören çalışmayı şöyle özetledi:

Nano ölçekli, karbon tabanlı elektronik devrelerin/cihazların geliştirilmesi ile ilgili sorunların başında entegrasyon gelmektedir. Metalik veya yarıiletken özelliklerde üretilebilen karbon nanotüplerin (CNT) transistörler, anahtarlar, vb. gibi elektronik devre elemanları olarak çalışabileceği deneysel olarak gösterilmiş olsa da bu çalışmalar büyük ölçekli uygulamalara taşınamamıştır. Bunun en önemli nedeni moleküllerden oluşan cihazların elektrotlar arasına kontrollü bir şekilde, yüksek verimlilikle yerleştirilememesidir. Sonuç olarak, karbon bazlı elektronik cihazların performansları hem cihazdan cihaza hem de zamanla çok fazla değişmekte ve bu da kullanımlarını kısıtlamaktadır.

Bu çalışmada, DNA ve metalik CNT’lerden (mCNT) oluşan ve moleküler cihazları geleneksel, litografik olarak üretilmiş elektroniklerle büyük ölçekte birleştirebilen yeni bir platform geliştirilmiştir: Öncelikle mCNT’lerin sulu ortamda çözünürlüğünü sağlamak için tek sarmal DNA ile kaplanmış, daha sonra da yarıçapı yaklaşık 1 nm olan çift sarmal DNA kullanılarak iki mCNT kovalent olarak birbirine bağlanmış ve mCNT-DNA-mCNT hibrit nanoyapılar elde edilmiştir.

mCNT-DNA-mCNT hibrit nanoyapılar ve Au elektrotlar ile oluşturulan nanodevreler

Bu yöntem ile, iki mCNT arasındaki uzaklık ara bağlantı elemanı DNA sayesinde (baz sayısına göre) nanometre ölçeğinde (3-6 nm) kontrol edilebilmekte ve bu hibrit nanoyapı sisteamin (C₂H₇NS) kaplı Au (altın) elektrotlar arasında kendi kendine hizalanarak, tek moleküllü bir bağlantı oluşturabilmektedir. Yapılan iletkenlik ölçümleri ile devrede DNA’nın yük taşınımında rol oynadığı gösterilmiş ve moleküler dinamik ve yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak yapılan simülasyonlar ile DNA üzerindeki elektron taşınım mekanizmaları belirlenmiştir.

Bu yaklaşımın işlevselliğini değerlendirmek için, elde edilen nanoyapılar ile elektronik bir biyoalgılayıcı geliştirilmiş ve SARS-CoV-2’nin taç proteinindeki tek bir mutasyonun (D614G) güvenilir bir şekilde ve çok yüksek sinyal gürültü oranı (SNR) ile tespit edilebileceği gösterilmiştir. Bu tip elektronik olarak okunabilen ve büyük ölçekte paralelleştirilebilen, tek molekül/mutasyon duyarlılığına sahip, hedef agnostik bir DNA/RNA tespit sisteminin biyoloji, gıda güvenliği ve tıp alanlarında çok sayıda potansiyel uygulaması bulunmaktadır.

 mCNT-DNA-mCNT tabanlı elektronik biyoalgılayıcı

Bu çalışma ile nanometre ölçeğinde karbon temelli yapılar, biyomoleküller (DNA/RNA) ve litografik olarak üretilmiş Au elektrotların yüksek verimli entegrasyonun mümkün olduğu gösterilmiştir. Bu sonuçların, ileride, çok çeşitli uygulamalar için hibrit elektronik sistemlerin tasarımına, geliştirilmesine ve üretilmesine rehberlik etmesini bekliyoruz.

Makaleye buradan ulaşabilirsiniz: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c10844

Dr. Ersin Emre Ören ve çalışmalarına ilişkin daha fazla bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.