Self-assembled peptide template directed synthesis of one-dimensional inorganic nanostructures and their applications
Kendiliğinden düzenlenen peptit kalıplar yardımıyla inorganik tek-boyutlu nanoyapıların sentezi ve uygulama alanları
- Tez No: 336873
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomimetik mineralizasyon, Nanomalzemeler, Peptit, Kendiliğinden Düzenlenme, Tek-Boyutlu Nanoyapılar, Kalıp Kullanarak Sentez, Biomimetic mineralization, Nanomaterials, Peptide, Self-assembly, One-Dimensional Nanostructures, Template Directed Synthesis
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 205
Özet
Son yıllarda, bilim ve teknoloji alanında nano düzeyde mühendislik oldukça yoğunçalışılan bir alan olmuştur. Bu tez; işlevsel inorganik malzemelerin, doğadan ilham alınarak, yapay organik kalıplar yardımıyla sentezlenmesi üzerine yeni bir yöntem sunmaktadır. Organik kalıp ile inorganik nanomalzeme sentezlenmesi yönteminin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, uygun koşullarda nanofiber haline gelebilmesi için programlanmış amiloyid benzeri peptit sekansı tasarlanmıştır. Bu tasarım sırasında, oluşan nanofiberin dış kısmında kalan ve ortamdaki belli inorganik iyonlarla bağlanma eğilimi gösteren işlevsel gruplarla döşenmiştir. Bu işlevsel kimyasal gruplar, hedeflenen inorganik monomerlerin peptit nanofiberlerin üzerlerinde birikerek, tek-boyutlu organik içerikli- inorganik kabuklu nanomalzeme oluşması için görevlidir. Sentezlenen peptit nanofiberlerin ve inoganiknanomalzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri, kalitatif ve kantitatif metotlarla karakterize edilmiştir.İlk olarak, Silisyum ile peptit nanofiber kalıpların etrafında yapılan mineralizasyon işleminden elde edilen silika nanotüpler, patlayıcı sensörü geliştirilesinde kullanılmıştır. Silika nanotüpler patlayıcıların varlığını algılaması için, floresan boya ile kaplanmıştır. Nanotüplerin yüzeylerinin bir hayli gözenekli olmaları, nanoparçacıklara ve film yüzeye göre floresan boyayı daha fazla tutmasını ve dolayısıyla trinitrotoluen ve dinitrotoluen gibi patlayıcıların olduğu ortamlarda daha hızlı floresan sönümlemesi göstermesini sağlamıştır. Bu şekilde peptit nanofiber kalıp kullanılarak sentezlenen tek boyutlu silika nanotüpler, yüksek yüzey alanları sayesinde katalizör ve sensör gibi malzemelerin hazırlanmasında kullanılabilirler. İkinci kısımda, titanyum mineralizasyonu ile titanyum dioksit nanotüpler elde edilmiştir. Tek-boyutlu yapı, elektron transferini daha verimli gerçekleşrirebilmesi ve elektron-boşluk yeniden birleşmesinin daha az meydana gelmesi gibi üstün özellikler göstermektedir. Bu özellikler ile elde edilmiş titanyum dioksit tek-boyutlu nanoyapıların gelen ışığa gösterdiği tepki artar ve bunlar boyayla uyarılan güneş pili yapımında kullanılmaya uygun hale gelir. Peptit nanofiberlerin kalıp olarak kullanılmasıyla elde edilen titanyum dioksit nanotüpler ile yapılan güneş pillerininherhangi bir kalıp kullanılmadan sentezlenen titanyum dioksit parçacıklar ile yapılanlara göre iki katından daha fazla verimle çalıştığı gösterilmiştir. Son olarak, altın mineralizasyonu çalışmasında, çok basamaklı, tek noktadan büyütme metodu geliştirilmiştir. Bu yöntemle farklı uzunluklarda ve şekillerde birçok altın-peptit hibrit nanoyapıları elde edilmiştir. Özellikle, büyüklükleri birbirine benzer altın nanoparçacıkların peptit nanofiberler etrafında tutunması ile oluşan tek-boyutlunanoyapılar, kontrollu bir şekilde elde edilmiştir. Tek-boyutlu altın-peptit hibrit nanoyapılarındaki altın nanoparçacıkların arasındaki boşluklardan dolayı, nanoyapıların oldukça iletken olduğu gözlemlenmiştir. Bu yapıların kuru filmlerinde ise, tünellemenin baskın olduğu direnç değişimi gösteren ile bir iletkenlik gözlemlenmiştir. Bu tezde elde edilen sonuçlarla yeni bir temelden yukarı yaklaşımı gösterilmiştir. İstenilen özelliklerde ve işlevsel gruplarla tasarlanmış peptitler sentezlenmiş ve bunlardan inorganik mineralizasyonlarda kalıp olarak kullanılabilen nanofiberler oluşması sağlanmıştır. Bu yaklaşımla, yüksek miktarda nanaomalzeme sentezi yapılması mümkün olabileceği gibi, oluşan tek-boyutlu nanoyapıların oldukça gelişmiş özellikleri ile birçok uygulama alnında kullanmak mümkün olabilir. Bu sentez yöntemi, birçok metal ve metal oksit temelli uygulamada yer bulabilir.
Özet (Çeviri)
Engineering at the nano scale has been an active area of science and technology over the last decade. Inspired by nature, synthesis of functional inorganic materials using synthetic organic templates constitutes the theme of this thesis. Developing organic template directed synthesis approach for inorganic nanomaterial synthesis was aimed. For this purpose, an amyloid like peptide sequence which is capable of self-assembling into nanofibers in convenient conditions was designed and decorated with functional groups showing relatively high affinity to special inorganic ions, which are presented at the periphery of the one-dimensional peptide nanofiber. These chemical groups facilitated the deposition of targeted inorganic monomers onto the nanofibers yielding one-dimensional organic-inorganic core-shell nanostructuresThe physical and chemical properties of the synthesized peptide nanofibers and inorganic nanostructures were characterized using both qualitative and quantitative methods.First, silica nanotubes were obtained by silica mineralization around these peptide nanofiber templates for the construction of sensors for explosives. The fluorescence dye was used to coat the silica nanotubes to detect explosive vapor. The surface of the silica nanotubes were porous enough to adsorb more dye compared to the silica nanoparticles and silica film, and causes faster fluorescence quenching in the presence of explosives like trinitrotoluene and dinitrotoluene. The silica nanotubes which synthesized with this peptide nanofiber templates can be used in catalysis and sensors in which high surface area is advantageous. In the second part of the thesis,titanium dioxide nanotubes were obtained from titania mineralization. They are wellknown with their fascinating properties as a result of the one-dimensionalnanostructure, such as more efficient electron transfer and less electron-hole recombination. The sufficient photoactivity of titanium dioxide makes them suitable materials for Dye-Sensitized Solar-Cell construction. It is demonstrated that the peptide nanofiber templated titanium dioxide nanotubes have more than two times more efficiency compared to template-free synthesized titanium dioxide particles.Finally, designed peptide sequence was conducted to a multi-step seeding mediated growth method for gold mineralization around peptide nanofibers. The gold-peptide hybrid nanostructures with different packing characteristics and sizes were synthesized and fully characterized. Further, it was demonstrated that the dry film of these nanostructures showed a resistive switching dominant conductivity, due to thenanogaps in between gold nanoparticles as a result of particle alignment driven by the peptide nanofiber. The results obtained in this thesis encourage use of a new ?bottom-up? synthesis approach. Specially designed peptides with desired properties and functional groups were synthesized and peptide nanofibers formed were further used as templates for inorganic mineralization. Not only it is possible to synthesis high amount of nanostructure with this approach, but also formed one-dimensional nanostructures show advance functionalities used in several applications as a part of the thesis scope. This methodology is suitable for many metals and metal oxide basedapplications.
Benzer Tezler
- Peptide nanostructure templated growth of iron phosphate nanostructures for energy storage applications
Peptit nanoyapı şablonuyla enerji depolama uygulamaları için demir fosfat nanoyapıların geliştirilmesi
HEPİ HARİ SUSAPTO
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Atomic layer deposition of metal oxides on self-assembled peptide nanofiber templates for fabrication of functional nanomaterials
Kendıliğinden düzenlenen peptit nanolif kalıplar ve atomik katman kaplama yöntemiyle fonksiyonel nanomalzeme üretimi
HAMİT EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Synthesis and characterization of metallopeptide nanostructures
Metallopeptit nanoyapıların sentez ve karakterizasyonu
OYA USTAHÜSEYİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER
- Nanostructured materials for biological imaging and chemical sensing
Biyolojik görüntüleme ve kimyasal sensör uygulamaları için nanoyapılı malzemelerin geliştirilmesi
ADEM YİLDİRİM
Doktora
İngilizce
2014
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BAYINDIR
- Molecular recognition based self assembly of engineered proteins on nanoscaled gold surfaces
Nano-ölcek metal yüzeylerde moleküler tanıma esaslı kendiliğinden montaj olabilen protein tasarımı
BANU TAKTAK KARACA
Doktora
İngilizce
2015
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA