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: Belirtilmemiş.
- 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: 95
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
- Toksik gazların tespiti için sıvı kristal esaslı sensör geliştirilmesi
Development of liquid crystal based sensors for the detection of toxic gases
BERFİN GÜRBOĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriManisa Celal Bayar ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE KEMİKLİOĞLU
- Sayısal yöntemlerle sıvı kristal tabanlı ayarlanabilir optik filtre özelliklerinin belirlenmesi
Determination of liquid crystal based tunable optical filter properties by numerical methods
KORAY SOYDANER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiOptik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAKUP EMÜL
- Sıvı kristal esaslı termosetlerin hazırlanması
Preparation of liquid crystal based thermosets
ÖZLEM ÖZDENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜLAY BAYRAMOĞLU
- Laktat türevi yeni muz şekilli sıvı kristaller ve kompozitlerinin sentezi, mesomorfik ve elektro-optik özelliklerinin incelenmesi
Lactate derived new banana-shaped liquid crystals and their composites: Synthesis, characterization and investigation of electro-optical properties
AYKUN ÖZKONSTANYAN
- Yeni kiral çubuksu sıvı kristallerin grafen oksit katkılıkompozitleri
New graphene oxide doped composites of chiral rod-like liquid crystals
ŞEVVAL ÖZTEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE OCAK GÜMRÜKÇÜ