Green synthesis of metal nanoparticles, their chemical and biochemical characterizations
Yeşil metal nanopartikül sentezi, kimyasal ve biyokimyasal karakterizasyonu
- Tez No: 548134
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM IŞILDAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 196
Özet
Nanoteknoloji, nanometre ölçeğinde malzemelerin üretilmesi, karakterizasyonu, manipülasyonu ve kullanımına odaklanarak gelişen bir alandır. Nanopartiküllerin, özellikle metalik nanopartiküllerin çeşitli alanlarda geniş ve kapsamlı uygulanabilir olması nedeniyle bu nanopartiküllere yüksek bir ticari talep mevcuttur. Nanopartikül sentezi için konvensiyonel yöntemler, nanopartikülleri toksik kalıntılar ile birlikte üretmesinin yanı sıra oldukça pahalıdır. Nanopartiküller üzerindeki bu toksik kalıntıların varlığı, çevresel toksisite, sitotoksisite ve kanserojenite gibi klinik ve biyomedikal uygulamaları sınırlayabilecek potansiyel riskler oluşturabilir. Bu nedenle günümüzdeki bilimsel yaklaşımlarında, biyolojinin prensiplerini kimyasal ve fiziksel süreçlerle birleştirerek, nano-boyutlu partiküllerin spesifik fonksiyonlarla üretilmesi için nanobiyoteknoloji adı verilen yeni bir bilim dalı ortaya çıkmıştır. Nanopartiküllerin sentezi için biyolojik yöntemler hem ekonomik hem de çevresel olarak yeşildir. Çünkü daha büyük ölçekli üretim için bu uygulamalarda nispeten ucuz, basit ve kolayca ölçeklendirilebilen toksik olmayan malzemeler kullanılmaktadır. Öte yandan, nanoparçacıkların mikrodalga destekli ısıtma tekniği ile yeşil sentezi ise bu uygulamalarda ek faydalar sağlamaktadır. Bunun nedeni ise, bu tekniğin istenen kalite ile birlikte daha yüksek verime sebebp olan yüksek reaksiyon kinetiği ve yüksek reaksiyon hızları sağlamasıdır. Bu sebepleri, kapsamları ve avantajları ele aldığımızda bu çalışmanın temel amacı, bitkisel ekstraklarını indirgeyici, kapaklayıcı ve stabilize edici maddeler olarak kullanılması ile gümüş ve bakır nanoparçacıkların sentezlenmezi olarak belirlendi. Çalışmada, nanoparçacıkların kolay ve hızlı fitosentezi için iki paramtre (zaman ve sıcaklık) yönünden optimize edilmiş olan mikrodalga ışınlama yöntemi kullanılmıştır. Gümüş nanoparçacıkların (AgNPs) sentezi için taze Malus pumila (elma), Cuminum cyminum (kimyon) tozu, taze Zingiber officinale (zencefil), Rosa santana (gül) taçyaprağı, Citrus limon (limon) kabuğu ve Citrus sinensis (portakal) kabuğun sulu ekstraksiyonu kullanırken, bakır nanoparçaların (CuNPs) sentezi için taze Zingiber officinale (zencefil), kuru Camellia sinensis (yeşil çay), Citrus sinensis (portakal) suyu ve Pinus brutia (Kızılçam) kabuğun ekstraksiyonu kullanılmıştır. Başarılı sentez işlemlerinden sonra, nanopartiküllerin miktarı ve kalitesi UV-Vis spektroskopisi, Fourier Transforms İnfrared (FTIR) spektroskopisi, X-Işını Kırınımı (XRD) analizi, Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), Partiküllerin Boyut Ölçümü ve Zeta Potansiyel Ölçümü (Zeta sizer) ile karakterize edilmiştir. TEM mikrografları ile neredeyse yuvarlak veya oval şekilli nanopartiküllerin (AgNPs & CuNPs) varlığı doğrulanmıştır. AgNP'ler için, ortalama çapı 41,86 nm ile birlike en büyük boyutlu olan (7,5 - 69,83 nm) nanopartiküller (ClAgNP) Citrus limon kabuğu ekstraksiyondan elde edilirken, Cuminum cyminum çekirdeği kabuğu ekstraksiyondan ortalama çapı 14,30 nm ile birlikte en küçük boyutlu (1,84 - 20,80 nm) nanopartiküller (CcAgNP) tespit edilmiştir. Öte yandan CuNP'ler için, ortalama çapı 45,30 nm ile birlike en büyük boyutlu olan (17,59 - 149,92 nm) nanopartiküller (CasCuNP) Camellia sinensis ekstraksiyondan elde edilirken, Citrus sinensis suyudan ortalama çapı 17,58 nm ile birlikte en küçük boyutlu (6,93 - 20,70 nm) nanopartiküller (CisCuNP) tespit edilmiştir. Hem AgNP hem de CuNP'lerin antibateriyel potansiyelleri Gram pozitif (Staphylococcus aureus) ve Gram negatif (Escherichia coli) bakterilere karşı test edilmiştir. En küçük parçacık büyüklüğü aralığına ve en yüksek potansiyel değere sahip nanopartikül örneklerinin en iyi antibakteriyel aktiviteleri gösterdiği gözlenmiştir. Böylece, kimyon tohumu ekstraksiyondan elde edilen gümüş nanoparçacık (CcAgNP), 12,53 mm maksimum inhibisyon zonlarıyla10,30 mm çapındaki sırasıyla S. aureus ve E. coli'ye karşı en yüksek antibakteriyel etkinliği göstermektedir. Aynı şekilde, portakal suyu ekstraksiyondan elde edilen bakır nanoparçacık (CisCuNP), 12,60 mm maksimum inhibisyon zonlarıyla10,83 mm çapındaki sırasıyla S. aureus ve E. coli'e karşı en yüksek antibakteriyel etkinliği göstermektedir. Dolayısıyla, genel sonuçlar göz önüne alındığında, bakır nanoparçacıkların aksine gümüş nanoparçacıkların daha güçlü antibakteriyel aktivite gösterdiği söz konusudur. Bu çalışmada, ayrıca, hem AgNP hem de CuNP'lerin in vitro sitotoksik etkilerin, XTT testi ile normal fare fibroblast hücre hattı (L929) üzerinde belirlenmiştr. Sonuçlara göre, nanopartiküllerin artan konsantrasyonlarından (0,1 - 5,0 μg/mL) hücre canlılığı önemli ölçüde etkilenmemiştir; Dolayısıyla, fitosentezlenmiş nanopartiküllerin hiçbirinin, verilen konsantrasyonlarda L929 hücreleri üzerinde toksik etkisi olmadığı açıktır.
Özet (Çeviri)
Nanotechnology has been a flourishing field by being concentrated on the fabrication, characterization, manipulation and the exploitation of materials at the nanometre scale. There is also an expanding commercial demand for nanoparticles, particularly the metallic nanoparticles because of their wide-ranging capacity to be used in various sectors. Conventional methods for nanoparticle synthesis are quite expensive as well as they produce nanoparticles with toxic residues. The existence of these contaminated toxic residues with synthesized NPs can create potential risks such as ecological imbalance, carcinogenicity and cytotoxicity which might limit their clinical and biomedical applications. Hence, there is a new branch in contemporary scientific approach which is called nanobiotechnology. Along with the chemical and physical processes, this new scientific branch particularly deals the principles of biology for the production of particles at nano-levels of specific functions. Providing that they utilize simple, moderately low-priced and effortlessly scaled-up nontoxic materials for comparatively a large-scale fabrication, the bio-based techniques for the production of NPs are economic as well as environmentally. Besides, the green syntheses of NPs with microwave-assisted heating technique offer some extra benefits. This is due to the reason that it reveals increased reaction kinetics and boosts reaction rates which eventually accelerate higher yields along with the desirable quality. Considering these facts, scopes and benefits, the main aim of this study has been to fabricate silver and copper nanoparticles via plant extracts, as reducing, capping and stabilizing agents. In this investigation, microwave irradiation scheme with two optimized parameters (time and temperature) has been used for facile and fast phytosynthesis of NPs. Aqueous extracts of Malus pumila (apple) pulp, Cuminum cyminum (cumin) seeds, Zingiber officinale (ginger) rhizome, Rosa santana (rose) petals, Citrus sinensis (orange) peel and Citrus limon (lemon) peel have been used to synthesize AgNPs whereas Camellia sinensis (green tea), Zingiber officinale (ginger) rhizome, Citrus sinensis (orange) juice and Pinus brutia (Turkish pine) bark extracts were used for CuNPs synthesis. After successful syntheses, the quantity and quality of nanoparticles have been screened by UV-Vis spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD) analysis, Fourier Transforms Infrared (FTIR) spectroscopy, Transmission Electron Microscopy (TEM) and particle size distribution and Zeta potential measurement. The TEM micrographs confirmed the presence of nearly spherical or oval shaped nanoparticles (AgNPs & CuNPs). For AgNPs, the smallest size ranged (1.84 - 20.57 nm) nanoparticles (CcAgNPs) with the mean diameter of 14.30 nm were obtained from Cuminum cyminum (cumin) seed extract while the largest size ranged (7.5 - 69.83 nm) nanoparticles (ClAgNPs) with the average diameter of 41.86 nm were found using Citrus limon (lemon) peel extract. On the other hand, for CuNPs, the smallest size ranged (6.93 - 20.70 nm) nanoparticles (CisCuNPs) with the average diameter of 17.58 nm were observed from Citrus sinensis (orange) juice extract and the largest particle size ranged (17.59 - 149.92 nm) nanoparticles (CasCuNPs) with the average diameter of 45.30 nm were achieved from Camellia sinensis (green tea). Antibacterial prospective and potentials of both silver and copper NPs have been investigated against Gram-positive (Staphylococcus aureus) along with Gram-negative (Escherichia coli) bacteria. It has been found that the nanoparticle samples with smallest particle size range and highest potential value showed the best antibacterial activities. Therefore, the silver nanoparticle (CcAgNPs) obtained from Cuminum cyminum seed extract showed the highest antibacterial activity against S. aureus and E. coli with the maximum inhibition zones of 12.53 mm and 10.30 mm in diameter, respectively. Similarly, the copper nanoparticles (CisCuNPs) using Citrus sinensis juice extract showed the maximum antibacterial activity with the highest inhibition zones of 12.60 mm and 10.83 mm in diameter against S. aureus and E. coli, respectively. Considering the overall outcomes, it is remarkable that silver nanoparticles showed stronger antibacterial activity then copper nanoparticles. In this study, the in-vitro cytotoxic effects of both AgNPs and CuNPs have also been monitored against healthy, regular normal mouse fibroblasts cell line (L929) by means of XTT assay. According to results, the cell viability has not been found significantly affected with increased concentrations (0.1 - 5μg/mL) of nanoparticles; hence it is noticeable and apparent that, none of the phytosynthesized nanoparticles has toxic effect on L929 cells in given concentrations.
Benzer Tezler
- Değerli metal içeren nanoparçacıkların sentezi, karakterizasyonu ve kataliz uygulamaları
Synthesis, characterization and catalyst applications of noble metal containing nanoparticles
MURADİYE ŞAHİN
- Mikrobiyal olarak sentezlenmiş nanopartikül katkılı doğal biyopolimer film geliştirilmesi
Development of natural biopolymer film incorporated with microbially synthesized nanoparticle
TUBA BAYGAR
- Sodyum borhidrür hidrolizi için yeni nesil nanokatalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve biyokimyasal uygulamaları
Synthesis, characterization and biochemical applications of new generation nanocatalysts for sodium borohydride hydrolysis
FULYA GÜLBAĞÇA
Doktora
Türkçe
2024
Bilim ve TeknolojiKütahya Dumlupınar ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH ŞEN
- Çevre dostu yollarla metal nanoyapıların sentezi ve bazı biyolojik aktivitelerinin araştırılması
Green synthesis of metal nanoparticles and investigation of some biological activities
ŞULE BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyokimyaSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASEMİN ÖZTEKİN
DOÇ. DR. AHMET UYSAL
- Bazı sıderıtıs ekstreleri kullanılarak yeşil sentez ile tekli ve hibrid nanomateryallerinin sentezi ve bunların biyolojik aktiviteleri
Synthesis of single and hybrid nanomaterial using some sideritis extracts via green synthesis and their biological activities
RAMAZAN CEYLAN