Liquid crystal-based microcapillary sensors
Sıvı kristal bazlı mikrokapiler sensörler
- Tez No: 709416
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BÜKÜŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Aptamerler, Biyosensörler, Kapilerler, Optik sensörler, Sensörler, Sıvı kristaller, Aptamers, Biosensors, Capillaries, Optical sensors, Sensors, Liquid crystals
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sıvı kristallerin uyaranlara duyarlı özellikleri, optik özellikleriyle birleştirildiğinde hassas ve hızlı algılama uygulamaları sunar. Tez çalışmamızın ilk aşamasında, sulu ortamdaki biyolojik ve kimyasal türler için ayrıca kullanılabilecek amfifilik türlerin çevrimiçi tespiti için uygulanacak mikro kılcal tabanlı bir yöntem öneriyoruz ve gösteriyoruz. Spesifik olarak, homeotropik çapalamayı destekleyen silindirik şekilli cam mikro kapilerlere yerleştirilmiş nematik 4-siyano-4'-pentilbifenil (5CB) bölmeleri (300-1400 µm) kullandık. Silindirik sıvı kristal bölmelerinin düz yüzeyleri, sulu bir ortam ile temas halindeydi. Sıvı kristal-sulu arayüzlerde sıvı kristallerin sabitlenmesindeki bir değişiklik üzerine sıvı kristalin denge ve dengesizlik tepkisini karakterize ettik. Çapalama geçişi üzerine, sıvı kristal bölmesinin merkezine hareket eden ve dengeye, dört yapraklı konfigürasyona ulaşan arayüzün yakınında pozitif yüklü bir kusur oluşumunu gözlemledik. Bu geçişin ortalama 41±19 dakika sürdüğü gözlemlendi; bu, yüzey aktif türlerin sıvı kristal-su arayüzlerinde difüzyonu ve adsorpsiyonu için gereken süreden önemli ölçüde daha uzundu. Bunun, elastik kuvvetlerin dengesizliğinden kaynaklanan kusurun hareketiyle ilgili olduğu sonucuna vardık. Geçiş sırasında, ısıl işlemle giderilebilecek yarı kararlı durumlar gözlemledik. Kapiler sensörlerin kantifikasyon kolaylığı açısından düz film muadillerine göre daha avantajlı olduğunu gösterdik. Ayrıca, sensörlerin zamansal ve kümülatif nicelemeyi kolaylaştıran tersine çevrilebilir olduğunu da gösterdik. Bu tez çalışmasının ikinci bölümünde hem düz hem de mikrokapiler geometrilerde kullanılmak üzere aptasensörler geliştirdik. Cam yüzeyleri ilk önce (3-Aminopropil)trietoksisilan (APTES) ve dimetil oktadesil [3-(trimetoksisilil) propil] amonyum klorür (DMOAP) karışık tek katmanı , ardından neomisin aptameri glutaraldehit bağ yöntemi ile immobilize etmek için glutaraldehit (GA) solüsyonu ile fonksiyonladık. Aptamerin hedef molekülüne bağlanması yoluyla, aptamerin konformasyonu değiştirilir, bu da sıvı kristal konfigürasyonunun polarize optik mikroskop altında görselleştirdiğimiz homeotropikten dejenere düzlemsel/eğikliğe geçişiyle sonuçlanır. Her iki geometri için de algılama sınırının 50-500 nM neomisin konsantrasyonları arasında olduğu bulunmuştur. Sensörleri neomisin ve ampisilin içeren farklı hedef karışımlara maruz bıraktık ve nitel ve nicel analizler gerçekleştirdik. Bu tezde bildirilen bulgular ayrıca, bireylerin ve toplumun sağlığı ve güvenliği için kritik olan kimyasal ve biyolojik türlerin sürekli izlenmesini gerektiren belirli amaçlar için sensörler geliştirmek için kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Stimuli-responsive properties of liquid crystals (LCs), when combined with their optical properties, offer sensitive and rapid sensing applications. In the first part of this thesis study, we propose and demonstrate a microcapillary-based method to be applied for the online detection of amphiphilic species, which can be further used for biological and chemical species in aqueous media. Specifically, we used compartments (300-1400 µm) of nematic 4-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) that is positioned into cylindrical shaped glass microcapillaries that promote homeotropic anchoring. The flat surfaces of the cylindrical LC compartments were in contact with an aqueous media. We characterized the equilibrium and nonequilibrium response of LC upon a change in the anchoring of LCs at the LC-aqueous interfaces. Upon anchoring transition, we observed a formation of a positively charged defect at the proximity of the interface that moved to the center of the LC compartment and reached equilibrium, four-petal configuration. This transition was observed to take an average of 41±19 min., which was significantly larger than the time that would take for diffusion and adsorption of the surface-active species at LC-water interfaces. We concluded this to relate to the motion of the defect due to the imbalance of the elastic forces. During the transition, we observed metastable states which could be removed via thermal treatment. We showed that the capillary sensors to be more advantageous over the flat film counterparts in terms of the ease of quantification. We also show that the sensors are reversible that facilitates temporal and cumulative quantification. In the second part of this thesis study, we developed aptasensors to be used in both flat and microcapillary geometries. We sequentially functionalized the glass surfaces first with mixed monolayer of (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and dimethyl octadecyl [3-(trimethoxysilyl) propyl] ammonium chloride (DMOAP), then glutaraldehyde solution (GA) to immobilize neomycin aptamer via glutaraldehyde linkage method. Through the binding of aptamer to its target molecule, the conformation of aptamer was changed resulting in the LC configuration transition from homeotropic to degenerate planar/tilted which we visualized under polarized optical microscope. The detection limit for both geometries was found to be in between 50-500 nM neomycin B concentrations. We exposed sensors to different target solutions consisting of neomycin B and ampicillin, and carried out qualitative and quantitative analyzes. The findings reported in this thesis can further be used to develop sensors for specific purposes that require continuous tracking of the chemical and biological species that is critical for the health and safety of the individuals and society.
Benzer Tezler
- Nano silika ve mikro silika katkılı harçlarda durabilite ve mekanik özellikler
Durability and mechanical properties of mortar mixtures refined with micro and nano-silica
MERVE BAŞARAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN NURİ ATAHAN
- Toz metalurjisi yöntemleri ile üretilen çeşitli W-Ni-Fe ve W-Ni-Cu ağır alaşımların mikroyapısal ve fiziksel karekterizasyonu
Microstructural and physical characterization of various W-Ni-Fe and W-Ni-Cu heavy alloys manufactured via powder metallurgy methods
GÜNKUT ERNAS
- Development of liquid crystal based nanoparticle sensors
Sıvı kristal bazlı nanoparçacık sensörlerinin geliştirilmesi
ASLI KARAUSTA
Doktora
İngilizce
2025
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- Synthesis and characterization of urethane based liquid crystal materials
Üretan bazlı sıvı kristal malzemelerin sentezi ve karakterizasyonu
SİNEM AĞTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Synthesis and characterization of methacrylate based hydrogen bonded liquid crystal polymers
Yeni kalgon bazlı sıvı kristal polimerlerin sentezi ve incelenmesi
BURAK KORKMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL