Droplet-based microfluidic systems for silica coating and synthesis of conjugated polymer nanoparticles
Nanoparçacıkların damlacık tabanlı mikroreaktör kullanılarak silisyum dioksit ile kaplanması ve konjuge polimer parçacık sentezi
- Tez No: 392039
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. EMİNE YEGAN ERDEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Nanoparçacıklar, büyük yüzey alanı-hacim oranına sahip olduklarından özgün elektronik, optik ve manyetik özelliklere sahiptirler. Bu özelliklerin daha uzun süre boyunca korunması için silisyum dioksit (SiO2) gibi koruyucu bir katmanla kaplanması gerekir. Bir örnek özelliklerde nanoparçacıklar elde etmek için nanoparçacıkların eş dağılımlı olması gerekir. Eş boyutlarda nanoparçacıkların sentezlenmesi, reaksiyon süresi, konsantrasyon ve sentez sırasındaki sıcaklık gibi reaksiyon koşullarına bağlıdır. Bu tezde kıvrımlı mikrokanallardan oluşan ve damla bazlı akış sağlayabilen özellikleriyle belirtilen reaksiyon koşullarını sağlayabilen bir mikroreaktor sunulmuştur. Kıvrımlı kanallar karışma için gereken süreyi düşürme ve düzgün dağılma uzunluğu sağlayabilen; bununla birlikle düz akıştaki parabolik akış profilinin aksine damla bazlı akışın akış profili düzgün sirkülasyon süresi sağlar. Aletin üretiminden önce Comsol Multiphysics kullanılarak karışma performansı farklı kesit alanı ve kıvrım geometrilerinde test edilmiştir. Sonuç olarak hızlı karışma için kıvrımlı kanallar olabildiğince küçük olması yargısına varılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre mikroreaktor tasarımı tamamlanmış ve soft lithografi tekniği kullanılarak kanallar PDMS'ten üretilmiştir. Bu sistem, solvent konsantrasyonu ve sirkülasyon süresinin etkisini anlamak ve kaplama kalınlığını kesikli düzeneklere göre kontrolunun ne denli iyi olduğunu anlamak için öncelikle silisyum formasyonunu test etmiştir. Öncelikli olarak damlaların içinde silisyum oluşumu test edilmiş ve 102 nm ± 4 nm boyutlarında nanoparçacıklar elde edilmiştir. Sentez süresini baz alarak kesikli düzeneklere göre önemli gelişimler olduğu görülmüştür. Buna ek olarak benzer bir mikroreaktörde Konjuge Polimer Nanoparçacık (KPN) sentezi yapılmıştır. Konjuge Polimer Nanoparçacık sentezi üç farklı yöntem kullanırak sentezlenmiştir. Bunlar kesikli düzenek, düz akış ve damla bazlı akış yöntemleridir. Deney sonuçlarına göre damla bazlı akış yönteminin düz akış ve kesikli düzenek yöntemlerine göre parçacık boyutu, tekbiçimlilik ve tek dağılımlılık açısından daha başarılı olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Nanoparticles have unique electronic, optic and magnetic properties due to their large area to volume ratio. In order for them to preserve their properties for longer times, some of them need to be coated with a protective layer such as silica (silicon dioxide) layer. This coating has to be made uniformly to obtain monodisperse size distributions, which is essential to obtain uniform properties for all nanoparticles. Obtaining monodisperse size distribution relies on the control over reaction conditions such as residence time, concentration and temperature. This thesis presents a microfluidic reactor that can achieve strict control over reaction conditions by utilizing a meandering geometry of microchannels and droplet-based flow. Meandering channels reduce the time needed for mixing due to the reduced diffusion lengths; whereas droplet-based flow provides uniform residence time inside the reactor due to the circulating flow profile of droplets as opposed to parabolic flow profile in straight channels. Before fabricating the device, the mixing performance of droplets at different channel cross-sections and meandering geometries were simulated by using Comsol Multiphysics. As a result, it is concluded that the channel cross-section and meandering dimensions should be as small as possible for faster mixing. Based on these simulation results, the microfluidic device was designed and later fabricated in polydimethyl siloxane (PDMS) by using the soft lithography technique. This system was used to understand the effect of solvent concentrations and residence time on silica formation in order to be able to control the coating thickness compared to batch-wise methods. Initially silica nanoparticle formation inside droplets were tested; and 102 nm ± 4 nm diameter of silica nanoparticles were obtained; which is a significant improvement compared to the batch-wise synthesis methods. Additionally, experimental studies on the synthesis of green Conjugated Polymer Nanoparticles (CPN) was also conducted. By using three different methods, bulk solution, continuous flow and droplet-based flow, nanoparticles were synthesized. From the results, it was acquired that droplet-based flow provided higher quality of nanoparticles in terms of nanoparticle size, uniformity and monodispersity.
Benzer Tezler
- Gıda patojenleri için dijital PCR ile hızlı tespit yöntemlerinin geliştirilmesi
Development of rapid detection methods for food pathogens using digital PCR
YELİZ YÜCEL ÖZ
Doktora
Türkçe
2023
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTEN KARATAŞ
- Integrated microfluidic systems for droplet detection and sorting
Damlacık tanıma ve ayrıştırma için entegre mikroakışkan sistemler
PELİN KÜBRA İŞGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN
- A droplet-based platform for high throughput screening of drug administered cells
Damlacık tabanlı platformda ilaca maruz bırakılmış hücrelerin hızlı çıktı görüntülemesi
MÜGE KASIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEFİKA KUTLU ÜLGEN
- Real-time impedimetric microfluidic droplet measurement: iDM
Gerçek zamanlı impedimetrik mikroakışkan damlacık ölçümü: IDM
ABTIN SAATEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇAĞLAR ELBÜKEN
- Design of a droplet-based microfluidic system for hybrid polymer nanoparticle synthesis
Hibrit polimer nanoparçacık sentezi için damlacık temelli mikroakışkan sistem tasarımı
OSMAN BERKAY ŞAHİNOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE YEGAN ERDEM
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜNEŞ KİBAR