Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Su ve su-benzeri davranış gösteren alkoller kimyasal yapıları görece basit olmasına karşın saf halde ve karışımlarında tahmin edilmesi güç birçok fiziksel özelliğe sahiptirler. Bunların başında gelen su, farklı sıcaklıklarda sıvı-sıvı geçişi (Liquid-Liquid Transition, LLT) olarak adlandırılan farklı yoğunluklara sahip bölgeler içeren faz geçişleri gösterir. Benzer şekilde basit alkollerden olan metanol, yoğunluk anomalileri göstermesiyle bilinir. Bu iki madde karıştığında ise hacim daralması, mikro-ayrışma gibi anormal özellikler göze çarpmaktadır. Bu tip fizikokimyasal davranışların incelenmesinde günümüze değin birçok deneysel yöntem geliştirilmiş ve kullanılmıştır. Temelde bu davranışların kökeninin bağsız olarak adlandırılan van der Waals, elektrostatik, hidrojen bağı gibi kuvvetler olmasının bilinmesine karşın, hangi koşullarda nasıl davranış göstereceğinin tahmini için gerekli fiziksel bir anlayış tam olarak elde edilememiştir. Buradan yola çıkarak, projemizde bu tip anormal davranış gösteren bu basit sıvıların daha iyi anlaşılması için bir kaba tanecikli simülasyon yöntemi geliştirmeyi hedefliyoruz.
Önerilen projenin amacı, su-su, alkol-alkol ve su-alkol karışımlarında gözlenen yapısal anomalileri bilgisayar simülasyonları yoluyla incelemek için hesapsal bir yöntem geliştirmektir. Bu proje çerçevesinde geliştirilecek yöntemler ile bu tip davranışların moleküler düzeydeki sebepleri hakkında sağlıklı bilgi edilebilecektir. Dahası, deneysel çalışmaların eksik kaldığı noktalarda moleküler simülasyon yöntemleri kullanılabilir hale gelecektir. Projenin literatürdeki diğer yaklaşımlardan farkı atomistik moleküler dinamik simülasyonları yerine, kaba tanecikli simülasyon yöntemlerini bu tip sistemlerin özelliklerini incelemek için kullanmak ve gelecek uygulamalar için elverişli hale getirmektir. Kaba tanecikli simülasyon yöntemlerini kullanmanın başlıca sebebi, bu simülasyon yöntemlerinin karmaşık moleküler sistemlerin uzun erimli ve uzun zaman alan yapı oluşumunu incelemeye olanak vermesidir. Projenin konusu olan su, özellikle biyolojik sistemlerde, biyoteknoloji ve nanomalzeme alanlarındaki birçok uygulamada bulunmaktadır. Dolayısıyla, suyun ve benzer alkol sistemler için geliştirilecek bu hesaplamalı yöntem ile daha karmaşık ortamlardaki yapı-davranış-özellik ilişkisi daha iyi anlaşılabilecek ve gelecekte yeni malzeme tasarımı konusunda deneysel ve hesaplamalı çalışan araştırmacılara yardımcı olacaktır.
Slovenya ekibi ile ortak yürütülecek bu projede, Slovenya ekibinin daha önceden geliştirmiş olduğu bir istatistiksel mekanik yöntem, kaba tanecikli DPD etkileşimlerini hesaplamak için kullanılacaktır. İstatistik mekanik yöntemleriyle elde edilmiş olan hidrojen bağı, van der Waals ve elektrostatik kuvvetler gibi potansiyel enerjiyi oluşturan kısımlar DPD üzerine haritalandırılacak ve, DPD’de çekici etkileşimleri modellemek için gerekli parametrelerin hesaplanması sağlanacaktır. Dolayısıyla, Slovenya-Türkiye ekipleri arasında efektif bir ikili işbirliği gerçekleştirilecektir.
Proje bitiminde ulaşılmak istenen hedefler kısaca; 1) Tek bir su ya da tek bir alkol molekülünü referans alacak şekilde istatistiksel mekanik yöntemleri kullanarak ikili etkileşimler tanımlamak, 2) Saf su, saf alkol ve bunların karışımları için etkileşim parametrelerini kaba tanecikli (coarse-grained) yöntemler için tanımlamak, 3) Saf suyun fiziksel özelliklerini ilk kez atomistik simülasyonlardan daha büyük bir ölçekte farklı bir yöntem ile belirlemek, ve 4) Modellenen sıvıların ve bu etkileşimlerin yol açtığı fiziksel özellikleri kaba tanecikli yöntemler ile belirlemek olarak özetlenebilir.
Proje süresi 36 ay olarak planlanmıştır. Türkiye ekibi için proje yürütücüsünün dışında bir doktora öğrencisi geliştirilecek yöntemler ve elde edilen yöntemlerin DPD simülasyonlarının gerçekleştirilmesinde görev alacaktır. Projede görev alan yurtdışı danışman Prof. Dr. Gijsbertus de With geliştirilecek yöntemlerin doğruluğunu test etme ve simülasyon sonuçlarını analiz etmede proje yürütücüsüyle birlikte görev alacaktır.
Projede elde edilecek sonuçlar ile literatüre, henüz mevcut olmayan; su-su için çekici DPD etkileşimleri, bu etkileşimlerin simülasyonlarda kullanılabilmesi için gerekli parametrelerin hesaplaması için istatistiksel mekanik ve DPD yöntemini birleştiren yeni bir yaklaşım, su ve suyun basit bir alkol olan metanol ile karşımı sonucu ortaya çıkan yapısal anomalilerin DPD ile incelenmesi, ve gelecek uygulamalarda daha karmaşık sistemler olan biyolojik sistemler (DNA, RNA, hücre zarı) ve nanomalzeme ve biyoteknolojik uygulamalarda (hidrofilik biyopolimer, hidrojel, ilaç taşıyıcı nanoyapılar) bu geliştirilen modelleme teknikleri mevcut malzemeleri analiz etmek ve yeni malzeme tasarlamak konularında katkı sağlanacaktır.