Amonton’un klasik sürtünme kanunu bir yüzey üzerinde kayan makroskopik bir nesnenin harekete karşı direncinin uygulanan dış normal kuvvete orantılı olduğunu belirtmektedir. Diğer taraftan, nano-sürtünme ve tek-molekül deneylerindeki son gelişmeler klasik sürtünme yasalarının nano ölçekteki adezyon (yapışma) kuvvetleri veya termal dalgalanmalar nedeniyle geçerli olamayacağını ortaya koymuştur. Bu bulgulardan yola çıkarak, bu tez çalışmasında özellikle tek-molekül deneylerinde ve nano-bio sistemlerde önem arzeden sıvı maddenin sürtünmesine odaklanılmıştır.
Birbirine bağlantılı iki bölümdeb oluşan bu tez çalışmasının ilk bölümünde hydrogen (H) kaplanmış apolar veya hidroksil (OH) kaplanmış polar yüzeyler üzerinde yatay olarak çekilen tek-moleküllerin sürtünme dinamiği incelenmiştir. Su da ihtiva eden bu sistem Molecüler Dinamik (MD) simulasyonları ve stokastik Fokker-Planck denklemi kullanılarak modellenmiştir. Bu probleme ayrıca, sürtünme kuvveti tek-molekülün çekildeği yüzeyin elastikliğine bağlı olduğundan dolayı, organik peptid molekülleri kullanılarak da yaklaşılmıştır. Bu modellerde kısa bir peptid zinciri komşu peptidlerin oluştuğu buketlerden dışarı çekilmiştir. Buketdeki peptid sayısı kısıtlama parametresi olarak seçilmiştir. Çalışmalar sonuçunda hydogen bağları (HB) oluşturan bir biolojik veya sıvıhal sisteminde düşük hızlarda gözlemlenen sürtünmenin basit bir denlemle tanımlanabileceği anlaşılmıştır. Buna göre ölçülen toplam sürtünme kuvveti, haraket hızının ve toplam HB sayısının, HB sürtünme katsayısı γHB ile çarpımından elde edilebilir. γHB katsayısı simulasyon sonuçlarını stokastik denlem yoluyla sıfır hız limitine götürerek elde edilmiş ve değişik sistemler için 5 mertebeye yayılan farklı değerler alabilmektedir; İki peptidli parallel ve dik buketlede bu katsayı γHB = 10-11 kg/s iken, 7 peptidli bir sistemde bu değer γHB = 10-6 kg/s’e ulaşır. Bir peptid-yüzey sistemi içinse bu katsayı 5 peptid sistemi için elde edilen γHB = 10-8 kg/s değerine çok yakındır. Elde ettiğiniz bulgular tek molekül deneylerinde gözlemlenen kısıtlamaya bağlı yavaşlamayı açıklar niteliktedir.
İkinci bölümde hassas nano ölçekli boncuk veya nanoteller kullanarak etkileri ölçülebilen hidrodinamik sürtünmeye yogunlaşılmıştır. Bunun için geçici Navier-Stokes denklemi sisteme özel sonlu kayma katsayı da dahil edilerek, sınırsız sıkıştırılabilir bir sıvı içindeki küresel, silindirik ve düzlemsel geometriler için frekansın fonksiyonu olarak çözülmüş ve yine frakansa bağlı olarak reaksiyon denklemleri analitik olarak elde edilmiştir. Sonuç olarak yüksek sürüş frekanslarında, akış paternine girdap ve sıkıştırma difüzyonunun hakim olduğu hesaplanmıştır. Diğer taraftan, düşük frekanslar için, sıkıştırma, ses dalgası formunda ses dalga boyundan daha uzak mesafelere exponensiyel olarak dağılarak sönüme uğramaktadır. Bu propagatif rejimde, parçacık boyutları ses dalga boyu ile aynı değerlere sahip olduğunda bir yüksek frekans resönansı da ön görülmüştür Başka bir belirgin düşük frekans rezonansı ise propagatif ve difüzif rejimleri arasında sınır oluşturmaktadır.