Synthesis of yellow-emissive carbon dots and observation of their interaction with aflatoxin B1
Sarı ışıma yapan karbon noktalarının sentezi ve aflatoksin B1 ile etkileşimlerinin gözlemlenmesi
- Tez No: 769434
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CANER ÜNLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 61
Özet
Nanobilim alanı 1 ile 100 nm arasındaki konulara odaklanırken, nanoteknoloji alanı öncelikle bu ölçek için faydalı araç ve gereçlerin geliştirilmesiyle ilgilenir.“Nanoteknoloji”terimi son on yılda ortaya çıkmış olsa da, araştırmacılar 1950'lerden beri bu alanda çok çalışmaktalardır. Boyutları nanometre cinsinden ölçülen bu yeni teknolojinin son teknolojiyi önemLi ölçüde ilerleteceği öngörülmektedir. Nanoteknoloji, fizik ve malzeme biliminden biyoloji ve biyoteknolojiye, bilgisayar mühendisliği ve elektroniğe ve hatta tıbba kadar hemen hemen her çalışma alanında büyüleyici potansiyel kullanımLara sahiptir.“Nanobiyoteknoloji”kelimesi, hücresel ve moleküler seviyelerde biyolojik işlevlerle etkileşime girmek, bunları izlemek ve değiştirmek için nanoaraçların ve nanocihazların kullanımını tanımLadığı için“nanoteknoloji”ve“biyoloji”nin karışımıdır. Kuantum noktaları, (QD'ler) olarak bilinen nano ölçekli kristallerde elektron taşınması bir mühendislik başarısıdır. Bu yarı iletken nanopartiküller, ultraviyole ışığa maruz kaldıklarında bir gökkuşağı rengi spektrumunda çeşitli dalga boylarında ışıma yapacak şekilde üretebilir. Kuantum noktaları, ilk olarak 1970'lerde öne sürülen ve ilk olarak 1980'lerin başında gerçekleştirilmiş yarı iletken nanoparçacıklardır.“Noktalar”ifadesi nanokristallere atıfta bulunurken,“kuantum”terimi herhangi bir fiziksel özelliğin en küçük ve en ayrı birimine atıfta bulunur. Kuantum noktaları (QD'ler), buk ve nanokristal kuantum noktalarından farklı olarak, yığın maddedekiyle aynı atom düzenine sahiptir, bu nedenle, üç boyutlu kesme sayesinde yüzeyde çok daha fazla yüzey atomu gösterilir. QD'lerin boyutları tipik olarak 2 ile 10 nm arasındadır. Optik özellikler ve floresan, yarı iletkenin temel malzemesi tarafından üretilir. Özellikle çekirdek malzeme toksikoloji, ışıkla ağartma ve yanıp sönmenin etkilerini gösterir. Eşsiz fizikokimyasal özellikleri nedeniyle QD'ler, tıp ve ilaç dağıtımından elektronik ve güneş enerjisine kadar çok çeşitli endüstri ve teknolojilerde kullanılabilir. QD üretiminin iki ana biçimi, çekirdek (çekirdek QD'ler) ve çekirdek/kabuk yapılarıdır. Kabuk, esas olarak yarı iletkenlerden türetilen çekirdeği stabilize etmek için öncelikle inorganik maddelerden oluşur. QD'lerin yarı iletken çekirdeği, bir yarı iletken kabuk ile çevrili olabilir veya olmayabilir. QD'lerin boyutu 2-10 nm arasında değişir. Bir yarı iletkenin, çekirdek yapısı optik özelliklerden ve floresanstan sorumludur. Spesifik olarak, çekirdek yapı yanıp sönme, fotoağartma ve toksikolojik etmenlerden sorumludur. Çekirdek/kabuk düzenlemesinde, çekirdek, optik kaliteyi artıran ve sızıntıyı önleyen kabuk (genellikle daha geniş bir bant aralığına sahiptir) tarafından pasifleştirilir. Bu nedenle, biyolojik amaçlar için çekirdek/kabuk yapıları çıplak QD'lere tercih edilir. Biyolojik çalışmalar için, QD'leri suda dağılabilir hale getirmek için değiştirmek önemlidir. Bu nedenle, QD'lerin yüzeyi, sulu ortamlarda çözünürlüklerini arttırmak için çeşitli iki işlevli yüzey ligandları veya kapakları ile modifiye edilebilir. QD'lerin modifikasyonu, kuantum verimini (QY) ve stabilitesini iyileştirebilir, yüzey oksidasyonunu azaltabilir ve tehlikeli iyonların salınımını sınırlayabilir. QD'lerin bileşimini, şeklini, kristal yapısını, bant aralığı enerjisini ve yüzey ligand yapısını anlamak, optoelektrik ve fizikokimyasal özelliklerinden yararlanmak için çok önemLidir. Bu nanopartiküller için karakterizasyon teknikleri çoğunlukla; optik karakterizasyon ve yapısal karakterizasyon olmak üzere iki gruba ayrılır. Konsantrasyonları, boyutları ve fotolüminesans kuantumLarı gibi QD'ler hakkında optik bilgi elde etmek için UV-Vis ve floresan spektroskopi yöntemLeri sıklıkla kullanılır. QD'lerin X-ışını kırınımı, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, transmisyon elektron mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu ile yapı araştırması, yarı iletken nanokristallerin boyutu, şekli, kristal yapısı ve kimyasal bileşimi hakkında bilgi verir. Bazı laboratuvarlar, atomik titreşim değişikliklerini izlemek için hızlı ve kesin bir yöntem sağlayan Raman spektroskopisini de kullanır. 20'den fazla farklı aflatoksin türü olmasına rağmen, Aflatoksin B1 (AFB1), çok çeşitli mahsulleri kontamine edebileceği için yaygın olarak en tehlikeli olarak kabul edilir. Bir biyomolekül olan AFB1, bir floresan sinyali yayabilir. 2004 yılında araştırmacılar, çok işlevli floresan karbon bazlı nanomalzemelerin bir sınıfı olan karbon noktaları (CD'ler) olarak da bilinen karbon kuantum noktaları (CQD'ler) geliştirdiler. Suda dağılabilirlik, düşük toksisite, yüksek fotolüminesans emisyonu, hücre zarı geçirgenliği, biyouyumLuluk ve ucuz üretim, karbon kuantum noktalarının birçok olağanüstü özelliğinden sadece birkaçıdır. Bunlar analitik görüntülemede, ilaç dağıtımında, ışık yayan cihazlarda ve biyoloji alanında kullanılmaya başlandı. Hücreye özgü hedefleme, in-vivo görüntüleme ve canlı hücre etiketlemenin tümü, karbon kuantum noktalarının mikrodalga destekli sentezi yoluyla mümkün kılınır. CD'ler in-vivo ve in-vitro görüntüleme araştırmaları için umut vericidir, ancak floresansları en yoğun 430 nm ile 530 nm arasındadır ve bu, birçok ökaryotik hücrenin otofloresan bölgesi ile örtüşür. Bu nedenle, yüksek kuantum verimLi sarı-kırmızı yayıcı CD'lerin geliştirilmesi ilgi çeken bir konudur. Bu araştırmada, geleneksel sarı yayan CD'ler, kuantum verimLerini artıran iki şekilde geliştirildi. 1) Basit, hızlı ve ucuz mikrodalga destekli üretim prosedürleri kullanılarak, geleneksel sarı yayan CD'lerin yüzeyi bir biyomolekül, üre ile pasifleştirildi. 2) Sarı yayan CD'ler, floresan biyomolekül aflatoksin B1 tarafından desteklendi. İlk yaklaşım, CD'ler için %51 kuantum verimine ulaşır. İkinci yaklaşımda enerji AFB1'den CD'lere verimLi bir şekilde (%40'ın üzerinde) aktarılmıştır. Sonuçlarımız, basit-hızlı mikrodalga destekli sentez yöntemLerinin, aflatoksin B1'i algılamak için umut verici adaylar olan oldukça parlak sarı yayıcı CD'ler üretmek için kullanılabileceğini göstermiştir. AFB1'in ayrıca CD'ler için bir emisyon güçlendirici olduğu bulundu ve bu da bulgularımızı daha da desteklemektedir. Bu tez, geleneksel sarı emisyonlu karbon noktalarının, mikrodalga destekli bir üretim süreci kullanarak yüzeylerini üre ile pasifleştirerek kuantum verimLerinin iyileştirilebileceğini göstermektedir. Karbon noktalarının kararlı durum emisyon özellikleri, yüzey pasivasyonundan etkilenmedi, ancak kuantum verimLeri ve ortalama floresan ömürleri büyük ölçüde geliştirildi. AFB1 ile etkileştikten sonra, yayılan sarı karbon noktalarının emisyon yoğunluğu önemLi ölçüde arttı. AFB1'in karbon noktaları için bir enerji vericisi olarak hareket ettiğini ve bunun, ölçtükleri floresan ömründe ve kuantum veriminde önemLi bir artışa neden olduğunu buldular. Bu sonuçlar, yalnızca sarı emisyonlu karbon noktalarının AFB1 için bir kemosensör olarak parlak bir geleceğe sahip olduğunu kanıtlamakla kalmadı, aynı zamanda AFB1'in in-vivo hücre gibi biyomedikal uygulamalarda, sarı ışıma yapankarbon noktaları için uygun bir emisyon yoğunluğu artırıcı molekül olarak kullanılabileceğini gösterdi.
Özet (Çeviri)
The field of nanoscience focuses on topics between 1 and 100 nm in size, while the field of nanotechnology is primarily concerned with the development of useful tools and equipment for this scale. Although the term“nanotechnology”was coined during the last decade, researchers have been hard at work in this field since the 1950s. It is anticipated that this new technology, whose dimensions are measured in nanometers, would significantly advance the state of the art. Nanotechnology has fascinating potential uses in almost every area of study, from physics and materials science to biology and biotechnology to computer engineering and electronics, and even medicine. The word“nanobiotechnology”is an obvious portmanteau of“nanotechnology”and“biology,”as it describes the use of nanotools and nanodevices to interact with, monitor, and modify biological functions at the cellular and molecular levels. Electron transport in nanoscale crystals known as quantum dots (QDs) is an engineering feat. These semiconducting nanoparticles can produce a rainbow of colors when exposed to ultraviolet light. QDs are semiconductor nanoparticles, first postulated in the 1970s and first realized in the early 1980s. The phrase“dots”refers to nanocrystals, while the term“quantum”refers to the smallest and most discrete unit of any physical attribute. QDs have the same arrangement of atoms as in the bulk matter, unlike bulk and nanocrystal quantum dots, therefore much more surface atoms are shown on the surface by virtue of three-dimensional truncation. Sizes of QDs are typically between 2 and 10 nm. Optical characteristics and fluorescence are produced by the semiconductor's basic material. In particular, the core material displays impacts of toxicology, photobleaching, and blinking. Because of their unique physicochemical properties, QDs can be used in a wide range of industries and technologies, from medicine and medicine delivery to electronics and solar power. The two main forms of QD manufacturing are core (bare QDs) and core/shell architectures. The shell is primarily composed of inorganic substance in order to stabilize the core, which is primarily derived from semiconductors. The semiconductor core of QDs may or may not be surrounded by a semiconductor shell. QDs range in size from 2-10 nm. The core material of the semiconductor is responsible for optical properties and fluorescence. Specifically, core material exhibits blinking, photobleaching, and toxicological effects. In core/shell arrangement, the core is passivated by the shell (which often has a wider band-gap), which improves optical quality and prevents leaching. Therefore, core/shell structures are preferable to bare QDs for biological purpose. For biological studies, it is important to modify the QDs to make them water-dispersible. Therefore, the surface of QDs can be modified with various bifunctional surface ligands or caps to enhance their solubility in aqueous media. The modification of QDs can improve their quantum yield (QY) and stability, reduce surface oxidation, and limit the release of hazardous ions. Understanding the composition, shape, crystalline structure, bandgap energy, and surface ligand nature of QDs is crucial for exploiting their optoelectric and physicochemical properties. Characterization techniques for these nanoparticles mostly fall into two categories: optical characterization and structural characterization. In order to get optical information on QDs, such as their concentration, size, and photoluminescence quantum, the UV-Vis and fluorescence spectroscopy methods are frequently employed. Structure investigation of QDs by X-ray diffraction (XRD), Xray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) reveals information about the semiconductor nanocrystals' size, shape, crystal structure, and chemical composition. Some laboratories also employ Raman spectroscopy, which provides a fast and precise method for monitoring atomic vibrational changes. Although there are more than 20 different types of aflatoxins, Aflatoxin B1 (AFB1) is widely considered to be the most dangerous because it may contaminate a wide variety of crops. One biomolecule, AFB1, can emit a fluorescent signal. In 2004, researchers developed carbon quantum dots (CQDs), also known as carbon dots (CDs), a class of multifunctional fluorescent carbon-based nanomaterials. Water dispersibility, low toxicity, high photoluminescence emission, cell membrane permeability, biocompatibility, and inexpensive manufacture are only a few of the many outstanding properties of carbon quantum dots. These are put to use in analytical imaging, drug delivery, light-emitting devices, and the field of biology. Cell-specific targeting, in-vivo imaging, and live cell labeling are all made possible through the microwave-assisted synthesis of carbon quantum dots. CDs are promising for in-vivo and in-vitro imaging research, but their fluorescence is most intense between 430 nm and 530 nm, which overlaps with the autofluorescence region of many eukaryotic cells. The development of high-quantum-yield yellow-red emissive CDs is thus a topic of interest. In this research, conventional yellow-emissive CDs were improved in two ways that increased their quantum yield. 1) Using simple, fast, and cheap microwaveassisted manufacturing procedures, the surface of conventional yellow-emitting CDs was passivated with a biomolecule, urea. 2) Yellow-emitting CDs were powered by the fluorescent biomolecule aflatoxin B1. First approach achieves 51% quantum yield for CDs. Energy was transferred from AFB1 to CDs efficiently (over 40%) in the second approach. Our results demonstrated that simple-rapid microwave aided synthesis methods can be used to produce highly luminous yellow emissive CDs, which are promising candidates for sensing Aflatoxin B1. AFB1 was also found to be an emission booster for CDs, further supporting our findings. This thesis shows that traditional yellow emissive carbon dots can have their quantum yield improved by passivating their surfaces with urea using a microwave-assisted manufacturing process. Carbon dots' steady-state emission properties were unaffected by surface passivation, but the quantum yield and average fluorescence lifetime were greatly enhanced. After coming into contact with AFB1, the yellow emitted carbon dots' emission intensity was significantly increased. This study, found that AFB1 acted as an energy donor for carbon dots, resulting in a significant increase in fluorescence lifespan and quantum yield, which they measured. These results not only proved that yellow emissive carbon dots have a bright future as a chemosensor for AFB1, but they also hinted that AFB1 might be used as a suitable emission-intensity-booster for yellow emissive carbon dots in biomedical applications like in-vivo cell imaging.
Benzer Tezler
- Ditiyeno[2,3-b;3',2'-d]Tiyofen ve Tiyeno[2,3-b]Tiyofen temelli organik elektronik ve optoelektronik malzemelerin sentezleri ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation and investigation of the properties of electro and optoelectro active materials based on Dithieno[2,3-b;3',2'-d]Thiophene and Thieno[2,3-b]Thiophene
ŞULE TAŞKIRAN ÇANKAYA
- DFT study of the optical properties of triptycene (T)-urea (U) containing compounds and their complexes for targeted analyte sensing
Patlayıcıları algılayan triptesen-üre içeren moleküllerin ve komplekslerinin optik özelliklerinin YFT metodu ile incelenmesi
BELKIS EMANET
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
- Hg2+ ve Cu2+ iyonlarının tayini için kemosensör geliştirilmesi
Development of chemosensor for determination of Hg2+ and Cu2+ ions
ÖZLEM GÜMRAH ERCİL
- Yeni kil-polimer kompozitlerinin sentezlenmesi ile sulu çözeltilerden brilliant yellow boyasının giderimi
Synthesis of new calcinated sepiolite poly (vinylimidazole) compozites and use for removal of brilliant yellow from aqueous solutions
ADEM ÜLKER
- Reactıve yellow 145 ve dırect blue 86 boya karışımının inaktif ulocladıum chartarum küfü ile biyosorpsiyonu
Biosorption of reactive yellow 145 and direct blue 86 dye mixture by inactive ulocladium chartarum mold
GAMZE EYLÜL TÜZÜNER
