Fen Fakültesi Laboratuvarları

(Fizik ve Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümleri)

1994 yılında kurulan Koç Üniversitesi Lazer Araştırma Laboratuvarı’nda, farklı dalgaboylarında çalışabilen özgün katıhal lazerlerinin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Katıhal lazerlerinde optik kazanç elde etmek için, içerisine ışıyabilen iyon katkılanmış kristaller, camlar veya seramikler kulanılmaktadır. Geniş bir dalgaboyu aralığında ışıyabilen iyonlar kullanıldığı zaman, femtosaniye sureli, veya bir başka değişle, saniyenin trilyonda birinden daha kısa süreli, lazer darbeleri de üretmek mümkün olabilmektedir. Laboratuvarımızda son dönemlerde yapılan deneysel çalışmalarda, grafen ve karbon nanotüp gibi nano yapılı malzemeler kullanılarak femtosaniye sureli lazer darbe üretimi gerçekleştirilmiştir. Lazer Araştırma Laboratuvarı’nde birçok lisans, yükseklisans ve doktora öğrencisine de araştırma olanağı sağlanmaktadır.

Yüksek çözünürlüklü optik spektroskopi ve mikroskopi çalışmaları yürüten bir uygulamalı optik araştırma laboratuvarıyız. Hedeflediğimiz uygulamalar yeni optik aygıtların, optofluidik çip-içinde-lab aygıtların, moleküler sensörlerin geliştirilmesi ve optofluidik temelli biyoenerji çözümlerinin üretilmesidir. Yürüttüğümüz çalışmalar aşağıdaki başlıca konuları kapsamaktadır:

  • Optofluidik: Sıvı mikrodamlaların oluşturduğu optik mikrokovukların veya ileri malzemeler ya da ileri mikroüretim teknikleri ile üretilen yeni optofluidik dalgakılavuzlarının incelenmesi
  •  
  • Tek ışıyan moleküllerin mikroskopisi ve spektroskopisi: Tek molekül mikroskop/spektroskopi çalışmaları için yeni moleküler sistemlerin incelenmesi. Zaman korelasyonlu tek foton sayma deneyleri ve ev yapımı bir konfokal mikroskop ile biyolojik görüntüleme.
  •  
  • Optik tuzaklama: Optik cımbızlama ve optik esnetme ile sıvı mikrodamlaların ve alyuvarların manipülasyonu.
  •  
  • Mikrodaire mikrokovuklar: Mikrodaire mikrokovukları temel alan yeni gaz sensörlerinin ve yeni biyolojik sensörlerin geliştirilmesi.

Araştırma faaliyetlerimizin genel anahtar kelimeleri şöyle sıralanabilir: mikro/nano-fotonik, optofluidik, mikrofluidik, moleküler sensörler, tek molekül mikroskopisi/spektroskopisi, konfokal mikroskopi, zaman korelasyonlu tek foton sayma, optik mikrokovuklar, çip-içinde-lab aygıtları, ve optik cımbızlama/esnetme.

Bu laboratuarda kimyasal olayların matematiksel modellenmesi yapılmaktadır. Maddenin yapısına ait, ışığa ve ısıya karşı duyarlılık, parçalanma, reaksiyona girme gibi temel özelliklerin, bu modeller sonrasında hem nasıl oluştukları hem de neden ortaya çıktıklarını anlamak mümkün olmaktadır. Çok yoğun bilgisayar zamanı gerektiren bu araştırmalar az sayıda molekülü içerdiği zaman kuantum teorisi ile veya çok sayıda molekülü içerdiği zaman da istatistik termodinamik teorileri ile kullanarak yürütülmektedir. Polimerler, biyolojik önem içeren moleküller, çok soğuk ortamlarda parçacıkların davranışları, atomik veya moleküler yapıyı belirleyen faktörler uygulama yapılan alanlar arasındadır.

Yüzey plazmon rezonansı tekniği ile yüzeyde olan yapışma, ayrılma gibi fiziksel etkileşimler ve kimyasal reaksiyonlar takip edilmektedir. Örneğin implantların vücuda konulmasıyla öncelikle proteinlerin metal yüzeye yapışması gerekmektedir. Daha sonra bu proteinlere hücrelerin yapışması ve yayılmasıyla implantın vücuda kabulü gerçekleşir. Bu tür etkileşimler laboratuarımızdaki araştırma konularından birisidir.

Sonokimya araştırma alanı yüksek şiddette sesüstü dalgaların çözeltilerde yarattıkları kimyasal ve fiziksel değişikliklerle ilgilenir. Sesüstü dalgaların uygulanmasıyla çok küçük alanlarda sıcaklık binlerce dereceye basınç yüzlerce atmosfer basınca çıkabilmektedir. Bu koşullarda yürütülen kimyasal reaksiyonlarda elde edilen ürünler geleneksel yöntemlerle elde edilenlerden daha farklı olmaktadır.

Moleküler Nörobiyoloji Laboratuvarında sinir sistemi oluşumunun moleküler ve genetik temellerini araştırmaktayız. Özellikle gen ifade mekanizmalarının sinir hücresi farklılaşmasına olan önemli katkılarını inceliyoruz. Sinir sisteminin nasıl geliştiğinin tüm ayrıntıları ile aydınlatılması niçin önemlidir? Sinir sistemi ve onun yapıtaşı olan sinir hücrelerinin gelişimindeki arızalar zeka geriliği ve öğrenme bozuklukları gibi gelişimsel aksaklıkların başlıca sebebidir. Araştırma sonuçlarımızın, bu tür gelişimsel zeka hastalıklarının tedavisi için temel oluşturacağına inanıyoruz.

Mitokondriyal Biogenez Laboratuvarında, mitokondriyal DNA mutasyonlarının hücre sağlığına ve yaşlanmaya olan etkilerini araştırmaktayız. Mitokondri, her hücrenin içinde bulunan ve, başta yediğimiz yiyeceklerden enerji elde edilmesi dahil olmak üzere, bir çok önemli görevi yerine getiren bir organeldir. Her mitokondrinin içinde kendine ait olan ve temelleri mitkondrinin atası bakterilere dayanan küçük bir DNA molekülü bulunur. İnsanlarda, hücre çekirdeğinde bulunan kromozomlar hem anneden hem de babadan çocuğa geçmesine rağmen, mitokondriye ait DNA molekülleri sadece anneden çocuğa geçer. Laboratuvarımızda, mitokondriyal DNA’da oluşan mutasyonları, biriken mutasyonların yaşlanma üzerindeki etkilerini ve kalıtımsal hastalıklar ile ilişkilerini deneysel yöntemler kullanarak incelemekteyiz. Laboratuvarımızda, lisans öğrencilerine de araştırma olanakları sunmaktayız.

Laboratuarımızda, hücre bölünmesine bağlı olarak hücre içinde ve hücre yüzeyinde oluşan değişimleri anlamak amacıyla çalışmalar yapılmaktadır. Hücre bölünmesi sırasında hücre içindeki büyük değişimlerin yanı sıra hücre yüzeyinde de önemli değişiklikler meydana gelir. Hücre yüzeyinde yer alan proteinler hücrelerin bulundukları ortamla ve birbirleriyle etkileşimini sağlamaları bakımından büyük önem taşırlar. Çalışmalarımızdan birinde hücre yüzeyinde bulunan ve hücrelerin adezyonunda görev aldığı düşünülen bir proteinin hücre bölünmesi sırasındaki yer değişimleri ve bu yer değişimlerinin mekanizması incelenmektedir. Ayrıca laboratuarımızda hücre bölünmesi sırasında kromozomların ayrılmasında ve bölünen hücrelere eşit şekilde dağıtılmasında görev alan proteinler üzerinde çalışılmaktadır. Bu proteinlerin işlevinde rol oynayan amino asit dizileri ve modifikasyonların belirlenme çalışmaları yapılmaktadır. Son olarak bu proteinleri hedef almak üzere geliştirilmiş ilaçların hücre bölünmesindeki etkileri üzerine testler yapılmaktadır. Analiz örnekleri nano-Sıvı Kromatografisi Q-Exactive Orbitrap Kütle Spektroskopisi analitik sistemde kalitatif ve kantitatif analiz edildikten sonra, data analizi için Mascot ve Sequest protein arama programlarından yararlanılmaktadır. Çalışmalarımız Koç Üniversitesi, Tübitak, EMBO ve de Marie Curie FP7 tarafından desteklenmektedir.

https://cell-proteomics.ku.edu.tr/home

(http://home.ku.edu.tr/~sppc/)

Katılımcıların yarısının sadece Türkçe, diğer yarısının sadece İngilizce konuşabildiği bir toplantı düşünün. Katılımcıların etkileşmesini nasıl sağlayabiliriz? Hem Türkçe hem İngilizce konuşabilen başka katılımcıları da toplantıya davet ederek. Benzer şekilde, su ve yağ etkileşmek istemez, birbirine karışmaz. Hem yağı seven, hem de suyu seven iki farklı kısmı olan yüzey molekülden aktif molekülleri ilave ederek yağ ve suyu bir seviyeye kadar karıştırabilmek mümkündür. Araştırma grubumuzda hem hidrofobik (yağı seven) hem de hidrofilik (suyu seven) kısımları olan büyük moleküllerin (polimerler, peptitler, yüzey aktifler) çözelti içinde ve yüzeylerde nasıl organize olduklarını ve nano-yapılı malzeme (nano-fiberlerden oluşan hidrojeller gibi) oluşturduklarını anlamaya çalışıyoruz. Amacımız yüzey & polimer fizikokimyasının temellerini anlamak (yapılanma neden ve nasıl oluyor?) ve bu temeli uygulamaya dönüştürebilmektir (günlük hayatta kullanabilir miyiz?).

Deneysel araştırmalarını optik lif iletişimi, silisyum fotoniği, lazer izgegözlemi ve lazer algılaması gibi alanlara odaklamıştır. Araştırma yeni optoelektronik araçların tasarımı, üretimi, özelliklerinin incelenmesi ve ölçümünü kapsar. Yüksek kalite katsayılı optik mikroçınlaçlar ve kara silisyum gibi yarıiletken veya yalıtkan gereçler bu optoelekreonik araçların yapımında kullanılır.

Koç Üniversitesi Hesaplamalı Fizik Laboratuvarı kapsamında yürütülen araştırmalar aşağıdaki alanlarda yoğunlaşmıştır.

Metamalzemeler ve yüzey plazmoniği – Metamalzemeler, elektromanyetik dalgaların yayılımını doğal malzemelerin imkanları ötesinde kontrol etmeyi ve yönlendirmeyi sağlayan yapay kompozit yapılardır. Bu malzemelerle ışığı kontrol ederek ultra çözünürlüklü lensler, mikro antenler ve hatta görünmezlik pelerini yapılabileceği deneysel olarak gösterilmiştir. Işığın elektronlar ile etkileşimi, metal yüzeylerde elektromanyetik dalgaların çok küçük bölgelerde yoğunlaşmasına imkan verir. Yüzey plazmoniği olarak adlandırılan bu alandaki araştırmalar sonucunda, örneğin, yakın gelecekte biyosensörler mikroçiplerin içine yerleştirilebilecektir. Kaan Güven ve Özgür Müstecaplıoğlu, metamalzemeler ile yüzey plazmon fiziğinin birleştiği alanda kuramsal araştırmalar yapmaktadırlar.

Soğuk atomlar ve süperakışkan sistemler – Kuvantum fiziğinin en çarpıcı öngörülerinden bazılarını gözlemlemek için deneysel fizikçiler yakın zamanda atomları evrenin en karanlık köşelerinden binlerce kez daha düşük sıcaklıklara kadar soğuttular. Bu ortamda atomların davranışları günlük deneyimlerimizin gözlüğünden bakınca imkansız olarak tanımlanacak kadar sıradışıdır, ancak bu egzotik sistemlerin anlaşılması gelecekte kayıpsız elektrik üretimi ve iletimine veya şimdikilerden çok daha üstün kuvantum bilgisayarının yapımına imkan verebilir. Bu alandaki temel kuramsal soruları yanıtlamaya çalışan Menderes Işkın ve Özgür Müstecaplıoğlu’nun araştırmalarına yüksek erişimli bilgisayarlar destek vermektedir.

Biyomoleküller ve karmaşık sistemler fiziği – Moleküler biyolojinin yakın zamanda yaşadığı devrim, hücre içi yaşamsal süreçler ile ilgili çok detaylı verileri bilim dünyasına sundu. Artık bir hücrenin içinde tek bir proteinin hareketini veya DNA’nın hücre çekirdeği içinde nasıl paketlendiğini gözle görmek mümkün. Diğer yandan, hücre içinde protein üretimini toplu olarak da takip etmeye imkan veren DNA çipleri yardımıyla proteinler arasındaki karmaşık haberleşme ağlarının yapısı da anlaşılmaya başlanmıştır. Alkan Kabakçıoğlu, yakın zamanlı çalışmalarında istatistiksel fiziğin metotlarını kullanarak DNA ve proteinlerin fiziksel özelliklerini ve yukarıdakilere benzer deneysel veriler yardımıyla hücre içi organizasyon prensiplerini anlamaya yönelik kuramsal ve benzetişimsel modeller geliştirmektedir.

TUBITAK-TBAG 112T974, “Yapay Ayar Alanlarında Ultra Soğuk Atomlar” (“Ultracold Atoms in Synthetic Gauge Fields”), (2013-2016)
PI: Prof. Dr. Özgür Müstecaplıoğlu

TUBITAK, Hızlı Destek, 112T049, “Devre Kuantum Elektrodinamiğinde Çok Modlu Jahn-Teller Sistemleri”, (2012)
PI: Prof. Dr. Özgür Müstecaplıoğlu

TUBITAK-TBAG 111T285, “Dielektrik Dalga Kılavuzu – Yuzey Plazmon Josephson Eklemlerinin Fiziği Ve Uygulamaları: Klasikten Kuantum Plazmoniğine”, (2011-2013)
PI: Yard. Doç. Dr. Kaan Güven

TUBITAK-TBAG 110T618, “DNA molekülünün artan sıcaklık altında çözünmesinde molekül geometrisinden kaynaklı etkilerin kuramsal incelemesi” (2011-2013)
PI: Yard. Doç. Dr. Alkan Kabakçıoğlu

TUBITAK-Kariyer 3501-110T839 “Aşırı-soğuk kuvantum gazları ile kuvvetlice ilişkili yoğun-madde olayları”, (2011-2014)
PI: Yard. Doç. Dr. Menderes Işkın

Avrupa Toplulugu – Marie Curie International Reintegration Grant FP7-PEOPLE-IRG-2010-268239, “Quantum phases of Fermi-Fermi, Bose-Bose and Bose-Fermi mixtures of atomic gases at ultracold temperatures”, (2010-2014)
PI: Yard. Doç. Dr. Menderes Işkın