Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farrokhpour,Kiamars Eskandari
حسین فرخ پور (استاد راهنما) کیامرث اسکندری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maryam Ghandehari
مریم قندهاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Theoretical Study of the Adsorption of Cytosine on the Bimetallic Nanosurfaces of Au-Ag, Its Surface-Enhanced Raman Spectroscopy and the Effect of Metallic Nanosurface on the Hydrogen Bonding in Adenine Dimer
Over the last decades, research on the interaction of DNA with nanosurfaces has become one of the most interesting case studies among all types of adsorbent/adsorbate systems due to its many applications in industrial and biological sciences. In this context, study of the adsorption of DNA bases on metal surfaces is a fundamental step towards understanding the interaction of the entire DNA molecule with these surfaces. Among the different bimetallic nanosurfaces, Au/Ag and Ag/Au nanosurfaces have important applications in the fields of catalysis, optics, biosensing and drug delivery. In the first part of this thesis, the adsorption of cytosine on the Au/Ag and Ag/Au bimetallic nanosurfaces has been investigated using density functional theory (DFT) in the scheme of the ONIOM and compared with its adsorption on pure Au and Ag nanosurfaces. The results show that the presence of Ag as sublayer in the Au/Ag nanosurface decreases the adsorption energy of the cytosine on the nanosurfaces and increases the vertical distance of the molecule from the surface compared to the pure Au surface, while the opposite trend is observed for the Au sublayer. It can also be deduced from quantum theory of atoms in molecules (QTAIM) and electron density difference analyses of the cytosine/nanosurfaces complexes that the Ag (Au) sublayer in the Au/Ag (Ag/Au) nanosurfaces increase (decrease) the charge transfer from the cytosine to the nanosurfaces compared to the corresponding pure nanosurfaces. In the second part of this thesis, absorption spectra of Au, Ag, Au/Ag, and Ag/Au nanosurfaces and cytosine/ nanosurfaces complexes has been calculated and compared to explore the effect of metallic structure of the sublayer and adsorbate on the intensity and position of the spectra maximum. In addition, the absorption lines responsible for the charge transfer from the cytosine to nanosurfaces due to the electronic excitation for each cytosine/nanosurface complex have been determined and the effect of sublayer on these electronic transitions has also been studied. Moreover, we have computed the IR spectra and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) of cytosine on the nanosurfaces. The vibrational bands of the cytosine which in turn are sensitive to the metallic structure of sublayer are determined from the former, while the latter is used to specify the vibrational bands of the cytosine showing the intensity enhancement due to the charge transfer in the Raman spectrum for each nanosurface. The theoretical spectroscopic results presented in our research are very useful for the interpretation of experimental results, especially when the cytosine is adsorbed on nanosurfaces such as Ag, Au, and their bimetallic nanosurfaces. Finally, in the last part of this thesis, the effects of Au, Au/Ag, Ag, and Ag/Au nanosurfaces on the strength of interaction and hydrogen bonds between two adenine molecules have been studied. Our results show that the presence of sublayer in the Au/Ag and Ag/Au nanosurfaces decreases the interaction and adsorption energies of the dimer on these nanosurfaces compared to the pure counterparts. Also, in order to explore the net effects of nanosurfaces on the strength of the hydrogen bonds between two adenines, the topological parameters changes at the critical points of the two hydrogen bonds in the adenine dimer are used for the desired cytosine/nanosurfaces complexes. The presence of the Ag sublayer decreases the hydrogen bond strength in the dimer compared to the pure Au surface, while the opposite trend is seen for the Au sublayer. Overall, the results reveal that the Au/Ag and Ag/Au bimetallic nanosurfaces are more suitable substrates for the adenine self-assembly than the pure nanosurfaces.
در چند دهه اخیر تحقیقات روی برهم‌کنش بازهای DNA با نانوسطوح فلزی به دلیل کاربردهای فراوان آن در صنعت و علوم زیستی به یکی از جالب‌توجه‌ترین موارد مطالعه در بین انواع سامانه های جذب‌شونده/جاذب تبدیل‌شده است. در میان نانوسطوح دوفلزی مختلف، نانوسطوح طلا/ نقره (Au/Ag) و نقره/ طلا (Ag/Au) اهمیت زیادی درزمینه کاتالیزوری، اپتیک، حسگرهای زیستی و انتقال دارو کسب کرده‌اند. در این راستا، در بخش اول این رساله جذب سیتوزین روی نانوسطوح دوفلزی نقره/ طلا و طلا/ نقره با استفاده از روش DFT و در چارچوب ONIOM موردمطالعه قرار گرفت و نتایج حاصل با نتایج به‌دست‌آمده برای نانوسطوح خالص طلا و نقره مقایسه شدند. نتایج این محاسبات نشان می دهند که حضور زیرلایه نقره در نانوسطح طلا/ نقره باعث کاهش انرژی جذب سیتوزین روی نانوسطح، به مقدار kJ/mol 8/5 در مقایسه با سطح طلای خالص می‌شود، درحالی‌که حضور زیرلایه طلا در نانوسطح نقره/ طلا باعث افزایش انرژی جذب سیتوزین روی نانوسطح، به مقدار kJ/mol 8/1 در مقایسه با سطح نقره خالص می گردد. همچنین از محاسبات QTAIM و تجزیه‌وتحلیل تفاوت چگالی الکترون در مورد مجموعه های سیتوزین/ نانوسطح می‌توان دریافت که زیرلایه های نقره و طلا در نانوسطوح طلا/ نقره و نقره/ طلا به ترتیب باعث افزایش و کاهش انتقال بار از سیتوزین به نانوسطح در مقایسه با نانوسطوح خالص متناظر می‌شوند. در بخش دوم این رساله طیف‌های جذبی نانوسطوح طلا، نقره، طلا/ نقره و نقره/ طلا و مجموعه‌های سیتوزین/ نانوسطح محاسبه و برای بررسی اثرات زیرلایه و جذب‌شونده روی شدت و موقعیت بیشینه طیف‌های جذبی با یکدیگر مقایسه شدند. علاوه براین، خطوط جذبی مسئول انتقال بار از سیتوزین به نانوسطح، مرتبط با گذارهای الکترونی برای هر مجموعه سیتوزین/ نانوسطح تعیین و اثرات زیرلایه روی گذارهای الکترونی موردبررسی قرار گرفتند. همچنین طیف‌های IR و رامان تقویت‌شده سطحی (SERS) سیتوزین روی نانوسطوح موردنظر محاسبه و نوارهای ارتعاشی حساس به ساختار فلزی در طیف IR و نوارهای تقویت‌شده در طیف SERS تعیین شدند. نتایج نظری ارائه‌شده در این کار برای توصیف نتایج تجربی به‌دست‌آمده در مورد جذب سیتوزین روی نانوسطوح خالص و دوفلزی طلا و نقره بسیار مفید هستند. در بخش سوم این رساله اثر نانوسطوح خالص و دوفلزی طلا و نقره مورداستفاده در کارهای قبلی روی قدرت برهم کنش و پیوندهای هیدروژنی بین دو مولکول آدنین در ساختار دیمر موردمطالعه قرار گرفت. نتایج به‌دست‌آمده در این کار نشان می‌دهند که حضور زیرلایه در نانوسطوح طلا/ نقره و نقره/ طلا باعث اندکی افزایش در انرژی برهم کنش بین دو آدنین در مقایسه با زمانی که دیمر آدنین روی نانوسطوح خالص طلا و نقره قرار دارد، می‌شود. همچنین برای دیدن اثرات خالص نانوسطح روی قدرت پیوندهای هیدروژنی بین دو آدنین، تغییرات پارامترهای توپولوژیکی در نقاط بحرانی دو پیوند هیدروژنی در دیمر آدنین، در مورد مجموعه های سیتوزین/ نانوسطح موردنظر، مورداستفاده قرار گرفت. حضور زیرلایه نقره باعث کاهش قدرت پیوند هیدروژنی در دیمر در مقایسه با سطح طلای خالص می‌گردد، درحالی‌که عکس این روند در مورد زیرلایه طلا مشاهده می‌شود. نتایج کلی در بخش سوم این رساله نشان می دهند که نانوسطوح طلا/ نقره و نقره/ طلا بسترهای مناسب تری برای خودتجمعی آدنین نسبت به نانوسطوح خالص متناظر هستند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی