Synthesis of single-walled carbon nanotube/magnetic iron oxidenanocomposites
Tek duvarlı karbon nanotüp/manyetik demir oksit nano kompozitlerinin sentezi
- Tez No: 660643
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Chemistry, Chemical Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Demir oksit nanopartikülleri, ilaç dağıtımı, görüntüleme ve hipertermi yoluyla kanserin teşhis ve tedavisi ile manyetik nanopartiküller içeren hızlı bakım tanı sistemlerine kadar nanotıp için umut verici olan manyetik duyarlı sistemlerin temel bileşenleridir. Bununla birlikte, kümelenme ve biyouyumluluk gibi eksikliklerin giderilmesi gerekir. Bu problem nanopartikülleri hedefleme ligandları, terapötik ilaçlar veya biyolojik moleküller ile kaplayarak aşılabilir ve ayrıca onlara çok işlevli uygulamalar için ek yetenekler kazandırabilir. Karbon nanotüpler, çeşitli biyolojik ve kimyasal maddeler tarafından işlevselleştirilmelerine ve modifiye edilmelerine olanak tanıyan şaşırtıcı derecede iyi bir aktif yüzey alanına sahiptir. Karbon nanotüpler bu malzemelerin biyolojik ortamlar ile etkileşime girmesini önleyen koruyucu kap olarak da işlev görebilir. Bununla birlikte, CNT'lerin, manyetik alana karşı duyarlı olmamalarından dolayı hedeflenmiş ilaç taşınımı uygulamalarında kullanımları sınırlıdır. Bu engelin üstesinden gelmek amacıyla, karbon nanotüpler ile manyetik nanopartiküllerin kombinasyonu konusunda birçok araştırma yürütülmüştür. Manyetik karbon nanotüpler (MCNT'ler), manyetik nanopartiküllerin CNT'lerin yüzeyine tutturulması ile ya da iç boşluğuna yüklenmesi ile elde edilebilir. CNT'lerin ve MNP'lerin faydalı özelliklerinin birleştirilmesi ile, yüksek fonksiyonelleştirilme ve hedeflenebilirliğe sahip kompozitler üretilmiş olur. Manyetik hibrit sistemler, etkinliği artırma, ilaç dozajını ve yan etkileri azaltma avantajları nedeniyle kanser, sinir sistemi hastalıkları, ani sensörinöral işitme kaybı ve benzeri hastalıkların tedavisi gibi uygulamalarda potansiyel olarak umut vericidir. Harici bir manyetik alan aracılığıyla sağlanan manyetik iletim, belirli dokularda çeşitli terapötik ve diagnostik ajanları hedefleyebilme kabiliyeti nedeniyle biyomedikal uygulamalarda büyük ilgi çekmiştir. Bu hedefleme davranışı, nanopartiküllerin istenen bölgelerde toplanmasına neden olur ve bu da manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kontrastını, hipertermi etkilerini ve ilaç salımını artırır. Manyetik alanın en önemli avantajı, dokuya zararsız kılan non-invaziv yapılarıdır. Vücutta istenen dokular, harici bir mıknatıs veya vücudun içine yerleştirilmiş bir mıknatıs kullanılarak hedeflenebilir. İlaç dağıtımı, hipertermi, manyetik rezonans görüntüleme (MRI), biyoalgılama, biyokimyasal ekstraksiyon ve biyoanalizde uygun yüzey özelliklerine, koloidal stabiliteye ve biyolojik tepkiye sahip manyetik nanopartiküller (MNP'ler) kullanılmıştır. Karbon nanomalzemelerin (CNM'ler) manyetik nanopartiküller ile birlikte kullanımı, son birkaç yılda büyük ilgi uyandırmıştır. Spesifik olarak, CNM/ MNP hibritleri, kombinasyonlarından ve moleküler etkileşimlerinden kaynaklanan üstün ve sinerjik özellikler sunmaktadır. Manyetik özelliklere sahip karbon nanomalzemelerin zenginleştirilmesi, gelecekteki biyomedikal uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir. Tez çalışmasında, manyetik SWCNT/Fe3O4 kompozitleri ligand değişim reaksiyonu kullanılarak sentezlenmiştir. Bu kompozitlerin sentezi, tek duvarlı karbon nanotüplerin üretimi ve işlevselleştirilmesi, Fe3O4 NP'lerin sentezi ardından bir ligand ve stabilizatör olarak 3,4-dihidroksibenzoik asit (protokateşik asit) ile kaplanması ve son olarak kaplanmış Fe3O4 nanopartikülleri ile SWCNT'lerin ligand değişim reaksiyonu yoluyla kombinasyonu olmak üzere, üç ayrı bölümden oluşmuştur. Her bir bölümde sentezlenen malzemeler, geçirimli elektron mikroskobu (TEM), termogravimetrik analiz (TGA), raman spektroskopisi, fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi, x-ışını kırınımı (XRD), titreşimli numune manyetometresi (VSM), dinamik ışık saçılımı (DLS) ile karakterize edilmiştir. 800°C sıcaklıkta sentezlenen SWCNT'lerin TEM görüntülerine göre, çapları 1.5-5 nm arasındadır. Raman spektumlarında ise TDKNT'lerin karakteristik bir özelliği olan RBM modunda pik gözlenmiş ve ortalama nanotüp çapı 1.178 nm olarak hesaplanmıştır. TG analiz ile sentezlenmiş TDKNT'lerin metal (katalizör) içeriği % 54,7 olarak bulunmuştur. Piranha ile saflaştırılmış TDKNT'lerin TG analizi ile % 94,5 saflık gösterdiği tespit edilmiştir. FTIR spektrumlarında ise, OH- (3700 cm-1), C-H (yaklaşık 3000 cm-1), C=O (1548 cm-1) ve C-O (yaklaşık 1100 cm-1) gibi fonksiyonel gruplar gözlenmiştir. Demir oksit nanopartikülleri, pH 12'de eş-çöktürme yöntemi uygulanarak faktöriyel tasarım ile sentezlenmiştir. XRD spektrumları incelendiğinde, demir oksit NP'lere ait kübik ters spinel yapı gözlenmiştir. Sentezlenen tüm NP'lerin FTIR spektrumlarında 540 cm-1'de Fe-O gerilme titreşimleri tespit edilmiştir. En uygun NP sentez koşulu (ortalama kristalit boyutu 12.41 nm-örnek 6) faktöriyel tasarım deneylerinin çoklu doğrusal regresyon analizi gerçekleştirilerek belirlenmiştir. Örnek 6'nın doyum manyetizasyonu ve koersivitesi, VSM ile 41.3 emu / g ve 10.9 Oe olarak ölçülmüş ve sentezlenen nanopartikülün süperparamanyetik özellik gösterdiği tespit edilmiştir. Nanopartiküllerin, 4-dihydroxybenzoic acid (protocatechuic acid-PCA) ile kaplanması sonrası FTIR analizi ile fonksiyonel gruplar (OH- ve COOH-) gözlenmiştir. TG analiz eğrileri incelendiğinde, 200 ⁰C'ye kadar yapısında bulunan nemin uzaklaştığı, 250 ⁰C'nin üzerinde ise PCA'nın ayrışmasını (250) temsil eden ağırlık kayıpları gözlenmiştir. Kaplanmış nanopartiküllerin zeta potansiyel değerleri incelendiğinde, literatürde oleik asit vb çalışmalarda elde edilen zeta potansiyel değerlerine benzer bulgular (-96, -98 ve -116 mV) elde edilmiş olup kolloidal stabilite için PCA'nın uygun bir kaplama malzemesi olabileceği belirlenmiştir. Manyetik ölçümler, kaplanmış nanopartiküllerin doygunluk manyetizasyonunun literatürle uyumlu olarak yaklaşık % 25 (41.3'den 30.81 emu/g'ye) azaldığını göstermiştir. NP'lerin kaplama sonrasında da 4Oe koersivite değeriyle süperparamanyetik özellik gösterdiği belirlenmiştir. Fe3O4/SWCNT kompozitlerin Raman spektrumları incelendiğinde, 496 cm-1 ve 691 cm-1'de gözlenen pikler Fe3O4'ün SWCNT'lere entegre olduğunu göstermektedir. Ayrıca, sentezlenen nanokompozitlerin (C11 ve C21) doygunluk manyetizasyonu ve koersivite değerleri sırasıyla 23.57 ve 19.98 emu/g olarak ölçülmüştür. Koerisivite değerleri ise 7.34 ve 5.36 Oe olarak belirlenmiş olup süperparamanyetik özellik göstermişlerdir.
Özet (Çeviri)
Iron oxide nanoparticles are the basic component of the most promising magnetic nanomedicine system. From drug delivery and imaging to the treatment of cancer with hyperthermia as well as rapid instantaneous diagnostic systems. Magnetic nanoparticles have drawbacks such as aggregation and biocompatibility which needs to be addressed. This problem can be overcome by coating the nanoparticles with targeting ligands, therapeutic drugs or contrast agents and giving them additional features for multifunctional applications. CNT has such an amazing surface that it can be decorated with a wide variety of biological and chemical substances, and CNT acts as a protective container that prevents it from interacting with biological solutions. However, since it has no magnetic properties which limits the possibility of using in the targeted drug delivery applications. In this study, magnetic SWCNTs/Fe3O4 composites have been synthesized by using ligand exchange reaction. Synthesis of these composites consists of three separate parts which are the fabrication and functionalization of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), synthesis and coating of Fe3O4 NPs with 3,4-dihydroxybenzoic acid (protocatechuic acid) as a ligand and stabilizer, finally modification of SWCNTs with coated Fe3O4 NPs through ligand exchange reaction in an aqueous environment. Synthesized materials for each part were characterized by transmission electron microscope (TEM), thermal gravimetric analysis (TGA), raman spectroscopy, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, x-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometer (VSM), dynamic ligth scattering (DLS).
Benzer Tezler
- Karbon nanotüp/kobalt ferrit kompozit nanopartiküllerin sentezi ve fotokatalitik aktivitelerinin incelenmesi
Synthesis of carbon nanotube/cobalt ferrite nanocomposites and theinvestigation of their photocatalytic activities
EMRAH BAYRAMOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
KimyaBayburt ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM HAKKI KARAKAŞ
- İlaç taşıyıcı sistem olarak kullanılacak PEG kaplı karbon nanotüplerin sentezi ve ilaç taşıma performanslarının belirlenmesi
Synthesis of PEG coated carbon nanotubes used as drug carrier system and determination of their drug delivery performances
MUHAMMED BERKCAN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- 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
- Synthesis of poly (Methyl methacrylate) reinforced by multi-walled carbon nanotubes and magnetite nanofillers
Mwcnt ve magnetit nanodolgular ile güçlendirilmiş poli (Metil metakrilat) sentezi
ECEM ERMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Farklı destek ve katalizör malzemeleri ile tek duvarlı karbon nanotüp sentezi
Synthesis of single walled carbon nanotubes with different substrats and catalysts
FATİH GÜMÜŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ