Carbon nanotube based hybrıd nanostructures as photothermal antımıcrobıal nanomaterıals
Karbon nanotüp tabanli hi̇bri̇t nanoyapilarin fototermal anti̇mi̇krobi̇yal nanomalzemeler olarak kullanimi
- Tez No: 502756
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİYE ÜNAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Son dönemdeki yüksek profilli raporlara göre, antimikrobiyal direncinin 2050 yılına kadar yıllık yaklaşık 10 milyon insanın ölümünden sorumlu olması beklenmektedir. Bu bakımdan, antibiyotik direnci antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadelede acil eylem gerektiren ciddi bir halk sağlığı sorunudur. Nanoteknolojideki hızlı ilerleme biyokimyasal tedavilere alternatif olarak bakterilerin fiziksel tahribatına yol açan yenilikçi terapilerin geliştirilmesi için yeni ufuklar açmıştır. Nanomalzeme tabanlı fototermal tedavi, ışık kaynaklı yüksek ısı üretimi yoluyla antibiyotiğe dirençli bakterileri öldürmek için dikkate değer bir çözümdür. Bununla birlikte, bu nanomalzemelerin ısı üretim kapasitesi, kendinde var olan ışık emme özellikleri ile sınırlıdır. Bu tez çalışmasında, florofor dizileri ve üç kollu bağlantıya sahip DNA nanoyapıları ile hibridize edilerek etkili karbon nanotüp (CNT) bazlı fototermal ajanların hazırlanması için iki yeni yöntem sunulmuştur. Bu hibridizasyon yöntemleri, CNT'lerin ışık absorpsiyonu ve ısı üretim kapasitesinde artış sağlamış ve hazırlanan nanohidritler, bakteriler üzerinde belirgin bir fototermal aktivite göstermiştir. İkinci bölümde yakın kızılötesi (NIR) lazer ışınımı altında anten görevi görerek NIR ışığı absorbe eden florofor dizilerinin (3,3'-Dietiltiyotiarenkosiyanin, DTTC) çok duvarlı karbon nanotüplerin (MWNT) yüzeyine dekore edilmesiyle fototermal dönüşüm sonucunda yüksek sıcaklık artışına sebep olan hibritlerin hazırlanma yöntemini içerir. Hazırlanan MWNT/DTTC nanohibritlerin 15 dakika boyunca sürekli NIR lazer ışınımı yoluyla lokal sıcaklık artışı 92°C'ye ulaşarak dispersiyon içerisindeki P. aeruginosa hücreleri üzerinde %77 öldürme verimliliği sağlamıştır. Nanohibritlerin antimikrobiyal ve antibiyofilm kaplaması olarak yüzey üzerindeki fototermal aktivitesini değerlendirmek için, su bazlı poliüretan (PU) matriksine MWNT/DTTC nanohibritleri eklenmiştir. Böylece, hazırlanan MWNT/DTTC-PU nanokompozitleri sadece 3 dakika lazer ışınımı sonrasında 120°C'ye ulaşan yüksek sıcaklıklar üretmiştir. Birden fazla lazer ışınımı döngüsünden sonra, MWNT/DTTC-PU nanokompozitlerin ışıkla aktive edilen ısı üretiminde azalma gözlenmemiştir ve bu nanokompozitlerin fototermal dönüşüm açısından yeniden kullanılabilirliği kanıtlanmıştır. MWNT/DTTC-PU nanokompozitlerin yüzeye bağlanmış P. aeruginosa hücreleri üzerindeki antimikrobiyal aktivitesi lazer taramalı konfokal mikroskopu kullanılarak incelenmiştir. Üçüncü bölümde, CNT'lerin ışık absorpsiyon kapasitesini geliştirmek için DNA'ların öztoplanması rehberliğinde üç ayrı tek duvarlı CNT'ün (SWNT) istenen nanoyapılara yerleştirilmesi temelli yeni bir yaklaşım geliştirdik. Özel olarak tasarlanmış üç kollu DNA bağlantısı (3WJ), SWNT'lerin yüzeyine sarılmak üzere komplementer olmayan tek zincirli kuyruklar içeren 3 adet Watson Crick çift sarmalından oluşur. DNA-3WJ nanoyapıları, SWNT'ler için dispersiyon ajanı ve bu nanotüplerin birbirlerine göre 120° açıyla kontrollü bir dallanmış yapı oluşturmak için kovalent olmayan bağlarla öztoplanmasını sağlayan sabit bir şablon görevi görür. CNT ve DNA-3WJ nanoyapılarının oluşturduğu hibritler, biyolojik ve sensör uygulamaları için SWNT'lerin floresan etiketlenmesini de mümkün kılmıştır. DNA-3WJ/SWNT nanohibritleri, aynı konsantrasyondaki tek SWNT'lere göre gelişmiş NIR absorpsiyonuna ve gelişmiş fototermal dönüşüme sahiptir. Bu iyileştirme, CNT bazlı nanomalzemelerin daha güçlü fototermal aktiviteye sahip fototermal ajanlar olarak kullanımı için değerli bir yaklaşım sunar.Dördüncü bölüm ikinci bölümün devamı olarak, CNT'lerin yüzeyinin görünür dalgada ışığı absorbe eden floroforların öztoplanmasıyla daha geniş bantta ışık hasadı yapan nanohidratların solar fototermal ajanlar olarak hazırlanması ve karakterizasyonunu içerir. Bu amaçla, CNT'lerin yüzeyi ultraviyole, görünür ve yakın kızılötesi bölgelerinde güçlü ışık absorbsiyon kapasitesine sahip birden çok floroforlar ile dekore edilmiştir. Hazırlanan CNT/Fluorofor nanohibritlerin fototermal dönüşüm verimlerini araştırmak için güneş simülatöründen elde edilen yapay güneş ışığına maruz bırakılmıştır.
Özet (Çeviri)
Antimicrobial resistance (AMR) is estimated to account for nearly 10 million deaths annually by 2050 according to recent high-profile reports. In this respect, AMR is a serious public health concern that requires urgent actions for combating antibiotic-resistant bacteria. Rapid progress in nanotechnology has opened new horizons for the development of innovative therapies leading to the physical destruction of bacteria as an alternative to biochemical treatments. Photothermal treatment based on nanomaterials is a remarkable solution to kill antibiotic-resistant bacteria through light induced elevated heat generation. However, their heat generation capacity is restricted to inherent light absorption properties of these nanoparticles. In this thesis, we presented two novel methods to prepare effective carbon nanotube (CNT) based photothermal agents by hybridizing with arrays of fluorophores and three-way-junctions DNA nanostructures. These hybridization methods provided an enhancement in the light absorption and heat generation capacity of CNTs and prepared nanohybrids showed remarkable photothermal activity on bacteria. Chapter 2 describes a method to decorate the surface of multi walled carbon nanotubes (MWNTs) with an array of NIR absorbing fluorophores (3,3'-Diethylthiatricarbocyanine, DTTC) acting as a light harvesting antenna under NIR laser irradiation leading to high temperature elevation as a result of the photothermal conversion. Continuous NIR laser irradiation of MWNT/DTTC nanohybrids for 15 minutes resulted in a local temperature of 92°C and a 77% killing efficiency on P. aeruginosa cells in the dispersion. In order to evaluate the photothermal activity of nanohybrids on surfaces as antimicrobial and antibiofilm coatings, MWNT/DTTC nanohybrids were incorporated into waterborne polyurethane (PU) matrix. MWNT/DTTC-PU nanocomposite generated higher temperatures reaching 120°C after only 3 minutes of laser irradiation. After multiple laser irradiation cycles, the light-activated heat generation by MWNT/DTTC-PU nanocomposite was not affected and proved their reusability potential in terms of the photothermal conversion. The antimicrobial activity of MWNT/DTTC-PU nanocomposite on surface attached P. aeruginosa cells was examined using confocal laser scanning microscopy. In Chapter 3, we introduced a novel approach to improve the light absorption capacity of single walled carbon nanotubes (SWNTs) through the arrangement of three individual SWNTs into desired nanostructures with the guidance of DNA self-assembly. The specially designed DNA three-way junction (3WJ) was comprised of three Watson-Crick paired helices with non-complementary single stranded tails designed to wrap around the SWNTs surface. DNA-3WJ nanostructures acted as a dispersion agent for SWNTs and also as a rigid template for the self-assembly of SWNTs into a controlled branched nanostructure through noncovalent binding interaction at an angle of approximately 120° to each other. Hybrids of CNTs and DNA-3WJ nanostructures enabled the fluorescent labeling of SWNTs for biological and sensing applications as well. DNA-3WJ/SWNT nanohybrids presented enhanced NIR absorption and enhanced photothermal conversion with respect to individual SWNTs at the same concentration. This improvement provided a valuable approach for utilization of CNT based nanomaterials as photothermal agents with stronger photothermal activity. Chapter 4 describes the preparation and characterization of broadband light-harvesting nanohybrids as solar photothermal agents by a self-assembly of visible light absorbing fluorophores on the CNTs surface as a continuation of Chapter 2. For this purpose, the surface of CNTs were decorated with multiple fluorophores which possess strong light absorption capacity in UV, Vis and NIR regions of the spectrum. Prepared CNT/Fluorophores nanohybrids were exposed to artificial solar light obtained by the solar simulator to investigate their photothermal conversion efficiency.
Benzer Tezler
- Karbon tabanlı yeni hibrit nano-yapıların modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of carbon based new hybrid nano-structures
ÜNAL DEĞİRMENCİ
Doktora
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Hibrit üç yönlü periyodik minimal yüzeyli üç boyutlu grafen yapıların mekaniği ve tasarımı
The mechanics and design of hybrid triply periodic minimal surfaces of three dimensional graphene
OSMAN FURKAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Synthesis, development and characterization of some W-based compounds, composites and hybrid materials
Volfram esaslı bileşiklerin, kompozitlerin ve de hibrid malzemelerin üretimi, geliştirilmesi ve karakterizasyonu
SELİM COŞKUN
Doktora
İngilizce
2011
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Molecular dynamics simulations of carbon-aluminum nanocomposites
Karbon-alüminyum nanokompozitlerinin moleküler dinamik simülasyonu
AHMET SEMİH ERTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Grafen tabanlı nanodolgular ile güçlendirilmiş yeni nesil termoplastik kompozitlerin geliştirilmesi
Development of new generation thermoplastic composites reinforced by graphene based nanofillers
ELÇİN ÇAKAL SARAÇ
Doktora
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AYDIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU SANER OKAN