TiO2 ince filmleri ile kaplanmış yüzeylerin Escherichia coli'ye karşı fotokatalitik bakterisidal etkilerinin incelenmesi
The investigation of photocatalytic bactericidal effects against Escherichia coli by TiO2 thin films coated surfaces
- Tez No: 200582
- Danışmanlar: PROF.DR. SANVER EKMEKÇİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoloji, Makine Mühendisliği, Mikrobiyoloji, Biology, Mechanical Engineering, Microbiology
- Anahtar Kelimeler: titanyum dioksit, ince filmler, sol-jel, daldırma-kaplama, fotokatalizis, metal doplama, Escherichia coli, titanium dioxide, thin films, sol-gel dip-coating, photocatalysis, metal doping, Escherichia coli
- Yıl: 2006
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 206
Özet
Çalımamızın amacı, TiO2 ince filmlerin fotokatalitik aktivitesinin, Escherichia coli'ye karı bakterisidal etkisinin incelenmesi ve bunlara dop elamanlarının etki faktörünün belirlenmesidir. TiO2 ince filmleri sol gel daldırma yöntemi kullanılarak sodyum cam substratlar üzerine uygulanmıtır. TiO2 ince filmlerinin hazırlanmasında kullanılan prekürsör solüsyonu, titanyum tetraizopropoksidin uygun miktarı, solvent olarak propanol ve katalist olarak nitrik asit kullanılarak hazırlanmıtır. Saf olmayan maddelerin TiO2 tabakasına diffüzyonunu engellemek amacıyla sodyum cam substratlar öncelikle ince bir silika tabakası ile kaplanmıtır. TiO2 solü içerisine farklı konsantrasyonlarda demir, bakır ve polietilen glikol (PEG 600) eklenerek filmlerin yüzey yapısı modifiye edilmitir. Daldırarak kaplama ve 120°C'deki ön-fırınlama ilemi 3 kez tekrar edilmi ve bunu takiben filmler 500°C'de fırınlanmıtır. Prekürsör solüsyona Fe, Cu, ve PEG ilavesinin ince filmlerin yüzey yapısına ve fotokatalitik aktiviteye olan etkisi aratırılmıtır. Filmlerin morfolojik yüzey yapısı ve kompozisyonu, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Taramalı Uç Mikroskobu (AFM) ve X-Iınları Kırınım Cihazı (XRD) kullanılarak incelenmitir. Yapılan SEM ölçümleri sonucunda silikasız camlar üzerine kaplanan filmlerin homojen olmadıkları ve birçok yerlerinde çatlaklar içerdikleri buna karın silika kaplı substratlar üzerine hazırlanan filmlerin homojen ve çatlaksız oldukları saptanmıtır. 500°C'lik ısıl ilemden sonra PEG eklenen filmler poröz yapıda olmutur. Demir ve bakır ile yapılan doplama, dop edilmeyen TiO2 örneklerinin düz yüzeyini poröz ve sünger-benzeri bir yapıya dönütürmütür. Örneklerin AFM ölçümlerinde homojen bir kümeleme tespit edilmitir. PEG içermeyen filmlerin pürüzlülük deerleri 15,579-71,725 nm arasında deiiklik göstermitir fakat PEG eklendiinde bu deerler 0,5559 nm'ye kadar dümütür. XRD analizleri, 500°C'de fırınlanan bütün filmlerin anataz formda olduklarını göstermitir. Uzun dalga boylu UV ııı (365 nm) ile ıınlanan TiO2 ince filmlerinin antibakteriyel etkinlii, model olarak E. coli ATCC 23999 kullanılarak aratırılmıtır. Bakteriyel solüsyondan 50 ml alınarak TiO2 kaplı substratlar üzerine pipetlenmi ve kurumayı engellemek amacıyla hava geçirmeyen ve ıınlanan bir düzenee yerletirilmitir. Bu düzenek, yaklaık 360 nm civarında pik veren ve ıık younlu UV radiometer (UVP) ile ölçülerek 1 mW/cm2'ye ayarlanan 20 W siyah ıık (UVP Upland, CA 91786, Model XX-20 BLB) ile ıınlanmıtır. 30, 60, 90, 120, dakikalık ıınlama periyotlarından sonra fosfat tamponu kullanılarak hücreler cam yüzeyinden yıkanmıtır. Canlı kalan hücre sayısını tespit etmek için, toplanan hücrelerin uygun bir dilüsyonu Brain Heart Infussion Agar ortamında 37°C'de 48 saat süreyle inkübe edilmitir. Yapılan sayısal analizler, filmlerin kompozisyonuna ve karakteristiklerine balı olarak 30 dakikalık UVA ıınlaması sonucunda TiO2 ince filmlerinin gösterdikleri bakteriyel inhibisyonun % 43,47?95,21 arasında deitiini göstermitir. TiO2 kaplı filmlerin etkinlii, bakteriyel inhibisyon oranı % 17,36?85,21 arasında deien TiO2 kaplı olmayan filmlerden belirgin ölçüde yüksek olmutur. SiO2 koruyucu filminin, TiO2 tabakasına Na iyon diffüzyonunu önlemede çok etkili olduu bulunmutur. Sodyum cam substratları üzerine kaplanan TiO2 filmlerinin fotokatalitik aktivitesi, Na iyonlarının termal diffüzyonundan dolayı daha düük olmutur. TiO2 ince filmlerinin fotokatalitik aktivitesi Cu ve PEG (600) doplanmasıyla artmı, Fe doplanmasıyla dümütür. Fe doplu kaplamalar en düük antibakteriyel aktiviteyi gösterirken Cu doplu kaplamalar en yüksek aktiviteyi göstermitir. Cu/TiO2 filmi üzerindeki E. coli ATCC 23999'nın canlılık oranı 30 dakikalık ıınlama sonucunda belirlenemeyen düzeye inmitir. Bu sonuçlar, TiO2 ince filmlerinin fotoindüklenmi bakterisidal etkisinin filmlerin karakteristiklerine balı olduunu göstermitir.
Özet (Çeviri)
The aim of our study is to investigate the photocatalytic activity and bactericidal effects against Escherichia coli of TiO2 thin films and to determine the force of dopants to these effects. In this study,titanium dioxide thin films were prepared using a sol-gel dipcoating tecnique on soda-lime glass substrates. Precursor solution for TiO2 thin films were prepared using the proper amount of titanium tetraisopropoxide , propanol as a solvent and nitric acid as a catalyst. The soda-lime glass substrates were first coated with a thin layer of silica to prevent impunty diffusion to TiO2 layer. The surface structures of the films were modified by adding different concentration of iron, copper and polyethylene glycol (PEG 600) into TiO2 sol. Dip coating and pre-annealing at 120°C were repeated 3 times and then the films were post-annealed at 500°C for 1 hour. The effects of Fe, Cu and PEG addition to the precursor solution on the surface structure and photocatalytic activity of the resultant thin films were investigated. The morfology of surface structure and composition of the films were examined by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and X-ray Diffraction (XRD). The film prepared on soda-lime glass without silica was non-uniform and having cracks at many places whereas the film prepared on silica coated substrates was uniform and without cracks. After PEG was added, porous structures developed in the films and doping with iron and copper changes the flat surfaces in the undoped TiO2 samples to porous, sponge-like surfaces after thermal treatment at the 500°C. From the AFM images of the samples a uniform agglomeration was observed. The roughness profiles (RMS) of the film surfaces without PEG have been measered in the range of 15.579 to 71.725 nm.but when PEG was added, the values have been decreased to 0.5559 nm. XRD pattern showed that all TiO2 films displayed the characteristic diffraction peaks of anatase structure annealed at 500°C. The antibacterial efficiency of longwave UV-irradiated (365 nm) TiO2 thin films was investigated using E. coli ATCC 23999 as a model. A 50 ml of the bacterial solution (3.0x108 cfu/ml) was pipetted onto TiO2 coated substrates and placed in an air tight illumination chamber to prevent drying. This chamber was illuminated with 20W black light (UVP Upland, CA 91786, Model XX-20 BLB); the light intensity, which peaks at around 360 nm, was 1.0 mW/cm2, which was measured using a UV radiometer (UVP). After each illumination time period for 30, 60, 90, 120, min. the cells were washed from the glass surface in a steril petri dish using phosphate buffer solution (PBS). An appropriate dilution of the collected cells were incubated at 37°C for 48 h in Brain Heart Infussion Agar medium to determine the number of viable cells in terms of cfu. The quantitative experiments show that bacterial inhibiton of TiO2 thin films varies between % 43.47-95.21 after 30 min.UVA illumination Depending on the composition and characteristics of the films. The efficiency is remarkably higher than that without a TiO2 film in which light causes bacterial inhibition between % 17.39?85.21. It was found that SiO2 film precoating is very effective to prevent Na ion diffusion into TiO2 layer. TiO2 thin films coated on soda-lime glass substrates exhibited lower photocatalytic activity due to the thermal diffusion of Na ion. The photocatalytic activity of the TiO2 thin films increased with Cu and PEG (600) doping and decreased with Fe doping. Fe doped coatings exhibited the lowest antibacterial activity whereas Cu doped coatings exhibited the highest. The survival ratio for E. coli ATCC 23999 in the liquid film on the Cu/TiO2 film under black light illumination decreased to a neglible level within 30 min. The results indicated that the photoinduced bactericidal efficiency of TiO2 thin film probably depended on the characteristics of the films.
Benzer Tezler
- Investigation of thin semiconductor coatings and their antimicrobial properties
Yarı iletken ince kaplamaların geliştirilmesi ve bu kaplamaların antimikrobiyal özellikleri
ARCAN ERKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2005
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜRKAN KARATAŞ
PROF. DR. UFUK BAKIR
- TiO2 ince filmleri ile kaplanmış yüzeylerin Staphylococcus aureus'a karşı fotokatalitik bakterisidal etkilerinin incelenmesi
The investigation of photocatalytic bactericidal effects against Staphylococcus aureus by TiO2 thin films coated surfaces
HAFİZE EFENDİLER
- Sol–jel yöntemi ile hazırlanan TiO2–SiO2 nanokompozit ince filmlerin fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physical and mechanical properties of TiO2–SiO2 nanocomposite thin films prepared by sol-gel method
EZGİ DENİZ BİÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
UZMAN REFİKA BUDAKOĞLU
- Sol-gel yöntemi ile kaplanarak kendi kendini temizleyen yüzeylerin elde edilmesi ve karakterizasyonu
Sol-gel coating of self celaning glass surfaces and their characterization
TARIK BAZU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetal Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR ARABACI
- Preparation of indium tin oxide thin films and investigation of hydrogen post-treatment effect
İndiyum kalay oksit ince filmlerin hazırlanması ve hidrojen ile indirgeme etkisinin incelenmesi
GÖKÇEN GÖKÇELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ