Functionalization and fabrication of polymer based device platform architectures for sensor applications
Sensör uygulamaları için polimer tabanlı cihaz yüzeylerinin fonksiyonlandırılması ve üretilmesi
- Tez No: 489427
- Danışmanlar: PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 175
Özet
Bu tez çalışmasında iki farklı sensör klinik ve gıda uygulamaları için dizayn edildikten sonra karakterize edilmiştir; iletken polimer bazlı amperometrik biyosensör ve kemirezistif sensör (polimer/SWCNT). Bu tezde üç bölümde sırasıyla fonksiyonlandırılmış polimer/MWCNT komposizyonu, farklı peptit dizilimi içeren polimer ve farklı fonksiyonel gruplara sahip monomerlerden oluşan kopolimer bazlı etanol, glikoz ve kolesterol biyosensörleri oluşturulması üzerine odaklanılmıştır. Grafit elektrot yüzeylere polimerlerin başarılı bir şekilde depozit edilmesinden sonra, alkol oksidaz (AOx), glikoz oksidaz (GOx) ve kolesterol oksidaz (ChOx) immobilizasyonu yapılmıştır. İletken polimer tabanlı biyosensörler son derece hassas ve hızlı olan biyoalgılayıcı sistemler için yeni nesil bir yapı mimarisi olarak tanımlandığı icin, bu tez çalışmasında, birçok hastalığın önlenmesinde önemli bir role sahip olduğu düşünülen etanol, glikoz ve kolesterolün kantitatif olarak tayin edilebilmesi için yeni biyosensor sistemlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Kemirezistif sensörü oluşturmak için, nanoteller (NWs), özellikle karbon nanotüpler (CNTs) kullanılmıştır. Bu çalışmada, tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNTs) yüksek iletkenlikleri, olağanüstü en-boy oranı ve fonksiyonlandırılması için birçok metodun var olmasından dolayı kullanılmıştır. İlk stepte P4VP-SWCNT karışımının sprey yöntemi ile kaplandığı ve kovalent olarak tutunduğu bir yüzey oluşturulmuştur. P4VP sadece karışımı stabilize etmek için SWCNT ile iyi bir şekilde etkileşim yapmakla kalmaz aynı zamanda alkil halitlerle nükleofilik piridil nitrojenlerinde modifikasyon yapılmasına olanak sağlamaktadir. İkinci stepte, P4VP-SWCNT yüzeyinin ileri modifikasyonu icin 2-bromoetanol ile fonksiyonlandırılmıştır. Son olarak, içeceklerde glikoz tayini için modifiye edilen yüzeylere GOx immobilize edilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında oluşturulan tüm cihazlar, numunelerin ön işlem gereksinimi, hassasiyet ve analiz süresi ile ilişkili olarak meydana gelen sıkıntıların üstesinden gelebilecek biyosensör uygulamalarında dört yeni örnek teşkil etmektedir. Sensör performansları herbir sensör için değerlendirilmiştir. Sensörlerin yüzeyleri ve moleküllerin tüm karakterizasyonları sensöre bağlı olarak NMR, SEM, XPS, CV, FTIR ve Raman tekniklerinin kullanılmasıyla karakterize edilmiştir. Sensör performanslarının ileriki testleri için, sensörlerin onlara spesifik analitlere cevap verdiği ve insan kan örneklerinde ve içeceklerde kantitatif analizleri için umut verici olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, two types of sensors: Conjugated polymer based amperometric biosensors and a chemiresistive sensor (polymer/SWCNT) for clinical and food applications were designed, fabricated and characterized. Three chapters in this thesis focused on ethanol, glucose and cholesterol biosensors based on functional polymer/MWCNT composition, different peptide sequence containing polymer, and also copolymer of two different functional monomers, respectively. After successful electrochemical deposition of the polymers on the graphite electrode surfaces, immobilization of alcohol oxidase (AOx), glucose oxidase (GOx) and cholesterol oxidase (ChOx) were carried out. Since conjugated polymer based biosensors are recognized to be a next generation building architecture for highly sensitive and fast biosensing systems, in this thesis, it is aimed to create new biosensor systems for the quantitative detection of ethanol, glucose and cholesterol which are thought to play an important role to prevent several diseases. To construct a chemiresistive sensor, nanowires (NWs), especially carbon nanotubes (CNTs), as the basis for chemiresistor research were used. In this work, single walled carbon nanotubes (SWCNTs) due to their excellent conductivity, exceptional aspect ratios, and numerous methods available for functionalization were favored. The first step generates a surface wherein P4VP-SWCNT dispersion was spray-coated and covalently linked to the surface. The P4VP dispersant not only displays a favorable interaction with SWCNTs to stabilize debundled dispersion, but it also allows further modifications on its nucleophilic pyridyl nitrogens with alkyl halides. In the second step, a post-functionalization of P4VP-SWCNT surface via reacting with 2- bromoethanol was implemented. Finally, GOx was immobilized on the modified surface to detect glucose in beverages. As a conclusion, all devices constructed in this thesis present four new examples in biosensing applications that overcome challenges associated with analysis time, selectivity and also requirement of pretreatment of the samples. Sensor performances were also evaluated for each sensor. Additionally, surface features of the sensors and molecules were fully characterized using NMR, SEM, XPS, CV, FT-IR and Raman techniques depending on the type of sensor. To further test the sensing performance, the sensors were tested towards their specific analytes and showed promising feasibility for the quantitative analysis in beverages and human blood samples.
Benzer Tezler
- 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
- Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi
Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes
MERVE YILMAZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY
- Oled uygulamaları için ditiyenotiyofen (DTT) temelli floresans moleküllerin hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi
Syntheses and investigation of fluorescence dithienothiophene (DTT) based materials for oled applications
İPEK ÖSKEN
- Developing 3D-printable high performance polymer composites for thermal management applications
3B-basılabılır yüksek performanslı polimer kompozitlerin termal yönetim sistemleri için geliştirilmesi
YUNUS EMRE BOZKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Development of electrospun multifunctional fibrous structures for icephobic and superhydrophobic applications
Buzfobik ve süperhidrofobik uygulamalar için elektroeğrilmiş çokişlevli lifli yapıların geliştirilmesi
MAHMUT TAS
Doktora
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiThe University of NottinghamMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. XİANGHUİ HOU