Özel tasarım yüzey aktif maddeler kullanılarak nano/mikro boyutlu tübüler yapıların oluşturulması,karakterizasyonu ve uygulamaları
Formation, characterization and applications of nano/micro sized tubular structures by utilizing specially designed surface active materials
- Tez No: 355624
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 221
Özet
Kendiliğinden kümeleşme yöntemiyle oluşturulan lipit nanotüpler, kolay üretim prosedürleri, yüksek biyo-uyumlulukları ve elektronikten biyoteknolojiye uzanan geniş kullanım alanları gibi avantajları sayesinde son yıllarda oldukça ilgi gören konular arasında yer almaktadır. Özellikleri dış uyarıcılar ile tersinir olarak değiştirilebilen akıllı lipit nanotüp sistemlerinin oluşturulması ise lipit nanotüplerin fonksiyonelliklerini daha da arttıracaktır. Literatürde dış uyarıcılarla morfolojisi değiştirilebilen lipit nanotüplerle ilgili bazı çalışmalar bulunsa da bu çalışmalar oldukça yetersiz ve kısıtlıdır. Ancak nanotüp morfolojisinin dış uyarıcılarla kontrolü son dönemde giderek daha çok ilgi çeken bir alan halini almaktadır. Bu nedenle bu çalışmada, biyomakromoleküllerin veya mikroorganizmaların kapsüllenmesi, ilaç taşınımı ve kontrollü salınımı, şablon uygulamaları, organik-metal hibrit tek boyutlu yapıların oluşturulması gibi proseslerde kullanılabilecek, özellikleri ortam koşulları değiştirilerek tersinir olarak kontrol edilebilen, akıllı lipit nanotüplerin kendiliğinden kümeleşme yöntemiyle elde edilmesi ve çeşitli alanlardaki kullanımlarına dair ön incelemelerin yapılması amaçlanmıştır. Tez çalışması kapsamında ayrıca molekül yapısı ile kümeleşme özellikleri arasındaki ilişkinin araştırılması da hedeflenmiştir. Bu hedefler doğrultusunda, yapısına özel olarak yerleştirilmiş COOH ve antrakinon grupları sayesinde, ortam koşullarına karşı çift-cevap özelliği taşıyan, pH'a duyarlı ve redoks-aktif Aqua (AQ-NH-(CH2)10COOH) molekülü tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Aqua molekülü, kendisi ile molce eşit miktarda etanolamin varlığında, sulu ortamda, sol-yönelimli nanotüpler oluşturmaktadır. Akiral Aqua molekülünün kiral nanotüpler oluşturması, nanotüp oluşumunun kiral-simetri kırılması mekanizmasına dayandığını göstermektedir. Oluşan lipit nanotüplerin özellikleri Aqua derişimi, zıt iyon türü ve ortamda bulunan tuz miktarı gibi parametrelerden de oldukça etkilenmektedir. Aqua nanotüplerinin morfolojisi, hedeflendiği gibi, hem pH hem de redoks reaksiyonları etkileriyle tersinir olarak değiştirilebilmektedir. Aqua molekülünün pKa değeri olan 4.9'un altındaki pH'larda, nanotüp morfolojisinde bozulmalar oluşmakta ve nanotüpler, pH düştükçe kademeli olarak açılarak, daha gevsek nanotüpler veya tamamen açılmış levha tipli yapılar haline dönüşmektedir. Bu değişim pH 3-9 değerleri arasında büyük ölçüde tersinirdir ve bozulmuş nanotüp yapılarına ait çözelti pH'ı tekrar arttırıldığında orijinal çözeltideki nanotüp yapısı tekrar oluşmaktadır. Aqua nanotüp çözeltisi indirgendiğinde ise nanotüpler, çok daha ince kurdele tipli yapılara dönüşmekte ve indirgenmiş çözeltinin tekrar yükseltgenmesi sonucunda ise bu kurdele tipli yapılar tersinir olarak tekrar nanotüp formuna kavuşmaktadır. Molekül yapısındaki fonksiyonel grupların nanotüp oluşumu üzerine etkilerine dair çalışmalar ise, antrakinon ve COOH gruplarının molekül yapısında birlikte bulunmasının ve hidrokarbon zincir uzunluğunun tek sayı olmasının lipit nanotüp oluşumu ve oluşan nanotüplerin çaplarının küçültülmesi açılarından sinerjik bir etki yarattığını göstermiştir. Aqua molekülü organik çözücüler ve bu çözücülerin sulu karışımlarında ise çoğunlukla ipliksi yapılar oluşturmakta ve çözücü türü ve bileşimi değiştirilerek elde edilen bu yapıların çap ve boy değerleri geniş bir aralıkta kontrol edilebilmektedir. Farklı ortamların birçoğunda ipliksi yapılar elde edilmesi Aqua'nın molekül tasarımına bağlı olarak, uzun kümeleşmeler oluşturma eğiliminin oldukça baskın olduğunu göstermektedir. Aqua nanotüpleri, çeşitli protein ve ilaç yapılarını yüksek kapasitede tutabilmekte ve pH'a duyarlı bir salım profili sergilemektedir. Bu durum ise Aqua nanotüplerinin enkapsülasyon ve kontrollü salım uygulamaları için kullanışlı bir alternatif olabileceğini göstermektedir. Ayrıca Aqua nanotüpleri kloroaurik asit tuzunu indirgeyerek nanotüp yüzeylerinde altın nanopartiküllerin oluşmasını sağlamakta ve Aqua-altın hibrit nanotüp yapıları oluşturulabilmektedir. Literatürde hem pH hem redoks etkileriyle tersinir olarak nanotüplerinin morfolojik kontrolü gerçekleştirilebilen ilk molekül Aqua'dır. Bu özellikleri sayesinde ise Aqua nanotüplerinin çok geniş alanlarda etkin kullanıma sahip olabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
Recently, self-assembled lipid nanotubes are among the most interested topics due to their advantages such as quite simple production procedures, high bio-compatibilities and wide application areas ranging from electronics to biotechnology. Formation of smart lipid nanotube systems whose properties can be reversibly tuned by using external stimuli will evidently increase the functionality of the lipid nanotubes. Although there exist some studies about external stimuli-morphology-tunable lipid nanotubes, they are limited and insufficient. However, this topic becomes more and more attractive day by day. Thus, in this study, it is aimed to form smart self-assembled lipit nanotubes whose properties can be reversibly controlled by changing the external stimuli and which can be used for the encapsulation of biomacromolecules and microorganisms, drug transportation and controlled release, template applications, formation of 1D organic-metallic hybrid structures etc. and to perform some pre- investigations about their usabilities in some of those application areas. It is also aimed in this thesis to quest for the relationship between the molecular structure and aggregate properties. In order to achieve these aims, Aqua molecule (AQ-NH-(CH2)10COOH), which has a dual stimuli-responsive character, i.e. both pH sensitive and redox active, owing to the COOH and anthraquinone groups, which are specially integrated to the molecular structure, is designed and synthesized. Aqua molecule forms left-handed nanotubes in aqueous medium in the presence of equimolar amount of ethanol amine. Formation of chiral nanotubes by the achiral Aqua molecule shows that the formation mechanism for Aqua nanotubes is the chiral-symmetry-breaking mechanism. The nanotube properties are affected by the parameters such as Aqua concentration, counter-ion type, amount of salt in the solution. Aqua nanotube morphology, as aimed, can be altered reversibly by both pH and redox effects. There exist some deterioration in the nanotube morphology below the pKa i.e. 4.9, and as the pH is further decreased, gradual unfolding of the nanotubes causing looser nanotubes or fully opened sheet-type structures occur. This morphological change is reversible between the pH values of 3-9 and, the original nanotube structure is re-formed upon re-increasing the pH of destroyed nanotube solution. Also, when the Aqua nanotube solution is reduced, then the nanotube structure transforms into thinner ribbons and after re-oxidation of the reduced solution these ribbons reversibly return to original nanotube structures. The studies about the effects of functional groups in the molecular structure on the nanotube formation, indicates that the coexistence of both COOH and anthraquinone groups in the molecular structure and existence of an odd numbered hydrocarbon chain have a synergistic effect for nanotube formation and decreasing the nanotube diameter. In the organic solvents and organic solvent-water mixtures, Aqua generally forms fiber-like aggregates and the diameters and lengths of these fibers can be controlled in a wide range by changing the solvent type and composition. Formation of fiberous structures in much of the different mediums means that the due to its molecular design Aqua has a dominant tendency to form elongated aggregates. Aqua nanotubes can encapsulate various proteins and drugs with a quite high capacity and has pH dependent release profiles. This situation shows that Aqua nanotubes can be a useful alternative for the encapsulation and controlled release applications. Additionally, Aqua nanotubes form gold nanoparticles on the nanotube surfaces by reducing chloroauric acid and thus provide to obtain Aqua-gold hybrid nanotubes. Aqua is the first molecule in the literature whose nanotube morphology can be reversibly controlled by both pH and redox effects. Owing to these properties it is believed that Aqua nanotubes can be efficiently utilized in a wide range of applications.
Benzer Tezler
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
- Production and properties of biopolymer based fibers and films
Biyopolimer tabanlı fiber ve filmlerin üretimi ve özellikleri
TUĞÇE KÖROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Special resin additives for polyurethane
Poliüretan için özel reçine katkı maddeleri
GÖRKEM ÜLKÜ
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NESRİN KÖKEN
- Design and synthesis of fluorescent molecules for the detection of biologically and environmentally important species
Biyolojik ve çevresel açıdan önemli türlerin tespiti için floresan moleküllerin tasarımı ve sentezi
GAREN SUNA
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURAN ÖZTÜRK
DR. SİMAY GÜNDÜZ
