Gold nanorod modified calix[4]arene thin film coated surface acoustic wave sensor device application for volatile organic compounds detection
Uçucu organik bileşiklerin tespiti için altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren ince film kaplı yüzey akustik dalgası (SAW) sensörü uygulaması
- Tez No: 569852
- Danışmanlar: PROF. DR. ESRA ZAYİM, DOÇ. DR. İLKE GÜROL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu tez çalışmasında, altın nanoçubuk ile tadil edilmiş tiyollü kaliks[4]aren molekülünün yüzey akustik dalgası dönüştürücü (transducer) üzerine kaplanarak, insan nefesinde biyobelirteç olarak bulunması bakımından önem arz eden bazı uçucu organik bileşikleri tespit etmek amacıyla kimyasal algılayıcı (sensör) oluşturulması hedeflenmiştir. Biyobelirteçler yardımı ile hastalıkların tayini ve takibinin yapılması, bunun yanı sıra erken evrede teşhis son zamanların yoğun olarak çalışılan konuları arasındadır. Algılayıcı moleküllerin karakterizasyonu UV-Vis ve TEM ile yapılmıştır. Algılayıcı cihaz (sensör) yüzeyindeki ince film, damla damlatma (drop casting) yöntemi ile elde edilmiş olup filmin niteliği ise atomik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Algılayıcılar, biyobelirteç olarak görülen altı farklı uçucu organik bileşene karşı test edilmiştir. Bu uçucu organik bileşikler gaz evresinde aseton, toluen, n-hekzan, izopren, kloroform, ve etanoldur. Dönüştürücünün rezonans frekansındaki değişimin yanı sıra, kloroform gaz akışı altında eş zamanlı yapılan ölçümlerde yüzeyin elektriksel iletkenliğin algılayıcı performansına etkisi incelenmiştir. Algılayıcıları test edebilmek için TÜBİTAK MAM'da hazırlanmış bir ölçüm sistemi kullanılmıştır. Bu sistem sayesinde farklı derişim ve nem seviyelerinde gaz karışımları hazırlanabilmekte ve oda sıcaklığındaki algılayıcıların yüzeyine sabit akış hızı ile gönderilebilmektedir. Elektronik olarak elde edilen veriler, malzemenin cevabının kıyaslanması amacıyla MATLAB®'da düzenlenmiş kodlar yardımıyla işlenerek, örneğin gürültü filtreleme uygulanarak, analiz edilmiştir. Altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren molekülünün belirli uçucu organiklere karşı algılayıcı tepkisi, seçicilik ve hassasiyet bakımından tartışılmıştır. Altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren molekülünün sensör cevabı, ayrı ayrı altın nanoçubuk ve tiyollü kaliks[4]aren molekülü ile kaplı yüzey akustik dalgası algılayıcısının cevabı ile kıyaslanarak sunulmuştur. Son olarak, kaplamanın tekrarlanabilirliğini sınamak için altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren malzemesi tekrar yeni bir sensöre kaplanmış ve kaplama işlemi tekrar edilmiştir. Ayrıca, algılayıcı cevaplarının değişmezliğini görmek adına ölçümler belirli bir zaman sonra tekrarlanmıştır. Özetle, altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren molekülünün yüzey akustik dalgası algılayıcının belirli uçucu organik bileşiklere karşı özellikleri incelenmiş ve seçicilik ve duyarlılık şiddeti bakımından altın nanoçubuk kaplı sensör ve tiyollü kaliks[4]aren kaplı algılayıcılarla kıyaslamalı olarak tahlil edilmiştir. Yüzey akustik dalgası (SAW) sensörleri damla damlatma yöntemiyle kontrollü olarak kaplanmış ve yüzeyde homojen bir dağılım elde etmek adına kaplanan malzemenin çözücüsü kontrollü olarak buharlaştırılmıştır. Sensör yüzeyindeki film kalınlığı, o sensörun rezonans titreşimi frekansı ile saptanabilmektedir. Bu çalışma kapsamında elde edilen sensörler arasından en kalın sensörde 630 kHz'lik bir rezonans frekansı kayması elde edilmiştir. Sensör yüzeyleri atomik kuvvet mikroskobuyla incelendiğinde yüzey pürüzlülükleri kaplama kalınlığı ve eşdağılımlılığı hakkında benzer sonuçlar vermektedir. Sensörler 300 saniyelik aralıklar ile gaz akışına maruz bırakılmış ve ardından 300 saniye kuru hava ile yıkanmıştır. Bu işlem her bir konsantrasyon ve gaz için tekrar edilmiştir. Kaliks[4]arene, altın nanoçubuk ve altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren moleküllerinin ayrı ayrı sensör cevapları kıyaslandığında kaliks[4]aren molekülünün kovalent bağ ile altın nanoçubuk üzerine bağlanması ile hassasiyeti yüksek bir algılayıcı molekül elde edilmiş olup seçici özellik üzerinde bir değişim yaratmamıştır. Nano yapılı malzeme eklenmesi etkileşim yüzeyini artırmış ve sensör cevaplarını iyileştirmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda, sensörlerin cevap oluşturma süreleri (response time) ortalama 80-100 saniye aralığında olup, sensör yüzeyinin tekrar hazır hale gelme veya toparlanma süresi (recovery time) 70-80 saniye aralığındadır. Farklı konsantrasyonlara verilen sensör cevabı şiddeti de farklı olmuş olup, konsantrasyon ve sensör cevabı arasında pozitif doğrusal bir ilişki tespit edilmiştir. Bu, yüzey akustik dalga tipi dönüştürücüye (transducer) sahip kimyasal sensörlerde beklenen bir durum olup, sensörun en düşük tespit edebileceği konsantrasyon değeri hakkında bilgi sağlamaya yön vermiştir. Nem oranının artırılması sensör cevabına kayda değer bir etki oluşturmamıştır. Bu sensörler tekrar üretilebilir yapıda olup, tekrarlanabilirlik testlerinden de başarıyla geçmiştir. Temel bileşen analizi (PCA) uygulanarak bu üç sensörun birbirinden ne kadar ayrışabildiği, dolayısıyla bir karışım ortamında seçicilik anlamında ne kadar başarılı olabileceği incelenmiştir. Analiz sonuçlarına göre, kaliks[4]arene, altın nanorod ve altın nanoçubuk ile tadil edilmiş kaliks[4]aren molekülleri ile kaplı sensörlerden oluşan bir dizi, etanolu ve nemi seçici olarak duyabilirken hekzanı ayrıştıramamaktadır. Elektriksel iletkenlik ölçümleri sonuçları, organik yapılı kaliks[4]aren molekülü ile kaplı sensör yüzeyinin elektriksel iletkenliğinin çok düşük olduğunu ve altın nanoçubuk bulunan sensör yüzeyinin ise buna kıyasla bir miktar iletkenliğinin olduğunu göstermektedir. Gelecek çalışmalarda, hedef molekül ve film arasındaki etkileşim mekanizmasının daha iyi anlaşılabilmesi için Raman spektrometresi ile eş zamanlı olarak sensör yüzeyi ve alınan sensör sinyali kıyaslanacak olup malzemenin kimyasal olarak aktif uçları belirlenecek ve bundan yola çıkılarak daha etkin seçici filmler oluşturulabilecektir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, an investigation is be presented on the sensing characteristics of thiol-containing Calix[4]arene modified by gold nanorods on a surface acoustic wave transducer device that would behave as a chemical sensor which detects volatile organic compounds found as biomarkers in exhaled human breath samples. Thin film layer on surface acoustic wave devices are acquired via drop casting method and is characterized by atomic force microscope. The sensors are tested on six biomarker volatile organic compounds namely toluene, n-hexane, isoprene, chloroform, ethanol, and acetone in gaseous phase. Besides the resonance frequency change of the transducer device, electrical conductivity over the surface is measured simultaneously under exposure to chloroform and to dry air to test for the effect of electrical conductivity over sensor performance. An in-house made sensor test measurement system is used both to prepare the analytes in various concentration and humidity levels and to send the gas mixture over the sensor devices. The sensor data is acquired via an electronic circuit and the gained data is analyzed by processing via codes tailored in MATLAB®, i.e. applying noise filters, in order to obtain a comparable result for testing the material responses. Sensor response of gold nanorod modified Calix[4]arene molecule towards selected volatile organic compounds is discussed for molecular selectivity and sensitivity. The sensor responses are compared to the response of thiol-containing Calix[4]arene coated surface acoustic wave sensor and to the response of gold nanorod coated surface acoustic wave sensor under various humidity and concentration levels. Finally, coating of transducer device with gold nanorod modified Calix[4]arene is reproduced to test repeatability of the coating process. Additionally, the measurements are repeated periodically after some duration to prove the repeatability of the sensor responses. In conclusion, sensing of gold nanorod modified Calix[4]arene molecule has been investigated towards certain volatile organic compunds and the surface acoustic wave sensor properties are analyzed and compared to gold nanorod coated and to Calix[4]arene coated surface acoustic wave transducers in terms of sensitivity and selectivity of the materials.
Benzer Tezler
- E. coli tayini için altın selüloz nanofibril materyal geliştirilmesi
Developing gold cellulose nanofibril material for E. coli detection
SALİHA NUR TANIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NECDET SAĞLAM
- Toplam protein tayininde nanopartikül tabanlı yeni analiz sistemlerinin geliştirilmesi
Development of new analysis systems for total protein assays based on nanoparticles
MERVE ERYILMAZ
- Yüzey zenginleştırilmiş raman spektroskopisi (SERS) için nano-yaklaşım temelli platformların geliştırilmesi ve tanı amaçlı uygulanması
Development of nano-approach based platforms for surface enhanced raman spectroscopy (SERS) and their use for detection
MEHMET YILMAZ
Doktora
Türkçe
2014
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
- Sıcaklık duyarlı polimer fırçalar ile modifiye edilmiş 3-boyutlu altın nanoçubuk platformlar üzerinde sıcak nokta mühendisliği
Hotspot engineering on modified 3-D gold nanorod platforms through temperature responsive polymer brushes
KÜBRA ÖZKAN HÜKÜM
- Effect of gold nanorod properties on LSPR response
Altın nanorod özelliklerinin LSPR cevabına etkisi
ŞEBNEM KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESMA VOLGA BULMUŞ ZAREIE
DOÇ. DR. HÜSEYİN CUMHUR TEKİN