Geri Dön

Synthesis and characterization of upconversion nanoparticles for applications in life sciences

Upconversion nanoparçacıkların canlı biliminde kullanım amacıyla sentezlenmesi ve karakterizasyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 780543
  2. Yazar: SELMA NACAK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MİCHAEL KUMKE
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Kimya, Physics and Physics Engineering, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Universität Potsdam (University of Potsdam)
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 141

Özet

Upconversion nano parçacıklara (UCNP) gösterilen ilgi biyoljik alanda sahip oldukları yüksek kullanım potansiyelleri sayesinde son yıllarda giderek artmaktadır. Bu nano parçacıklar geleneksel sentetik boyar maddelerin ve quantum parçacıkalrın tersine absorpladıkları düşük enerjili ışını yüksek enerjili ışına çevirirler. Bunlar kızıl ötesi ışınlarla uyarıldıktan sonra görünür ve yakın kızıl ötesi alanlarda ışın emisyonu yaparlar. Bunun yanında, upconversion nano parçacıklar, düşük otofloresens, derin doku içi ilerleme, düşük hücre toksisitesi, uzun luminesens yaşam süresi ve çok fonksiyonlu görüntüleme inkanı sunması gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Nano parçacıklar üzerinde yapılan yapısal değisikliklerin upconversion lüminesans mekanizması üzerindeki etkisinin daha iyi kavranması açısından çeşitli iyon katklıları yapılan farklı kristaller kullanılarak upconversion nano parçacıkların gösterdiği upconversion lüminesans davranışlarının araştırılması hala gereklilik arzetmektedir. Kullanıma hazır UCNP'lerin hızlıca elde edilmesi için çevre dostu, basit ve ucuz bir metotla hidrofilik UCNP'lerin tek aşamada üretilebildiği sentez yöntemlerinin araştırılması kritik bir önem taşır. Gd3+ katkısının NaYF4:Yb3+:Er3+:Eu3+ ve NaxScF3+x:Yb3+:Er3+:Eu3+ UCNP'lerinin yapısal özellikleri ve upconversion lüminesans davranışlarına etkisinin arştırılması bu doktora tezinin ana noktasını oluşturmaktadır. İlk örnek takımı sıcaklıkla ayrıştırma yöntemi kullanılarak sentezlendi. UCNP'lerin yüzeyleri oleik asit ile kaplandı. Lüminesans ve dinamik ışın saçılması ölçümleri sırasında nano parçacıkların sikloheksan içinde dispersiyonları kullanıldı. İkinci örnek takımının sentezlenmesinde mikro dalga yardımıyla yürütülen hidrotermalik sentez yöntemi kullanıldı. Sitrik asit kaplı UCNP'lerin lüminesans spektraları nano parçacıkların milli-Q su içerisideki dispersiyonları kullanılarak kaydedildi. Röntgen kırınım spektroskopisi (XRD), geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), ışın saçılımı spektroskopisi (DLS) ve Eu3+ nun oda sıcaklığı ve ultra düşük sıckalıkta gerçekleştirilen lüminesans spektroskopi ölçümleri UCNP'ler hakkında yapısal bilgi toplamak amacıyla kullanıldı. NaYF4 ve NaxScF3+x kristalleri içinde üretilen örneklerin upconversion lüminesans spektroskopi sonuçları karşılaştırmalı olarak tartışıldı. Yeni nesil Eu3+ spektral sondasının sabit und zamana bağlı lüminesans spektra ölçümleri sonrası elde edilen sonuçlar, küçük yapısal farklılıklar hakkında bilgi toplanmasını sağladı. Paralel faktör analiz yöntemi (PARAFAC) NaYF4 içindeki örneklerde toplam 2 (iki farklı simetri alanında yerleşmiş) ve NaxScF3+x içindeki örneklerde toplam 3 farklı Eu3+ türü bulunduğunu kanıtladı. Gd3+ katkısı nedeniyle oluşan kristal yapının değişimiyle birlikte örneklerin upconversion lüminesans özelliklerinde de değişim tespit edildi. Farklı güç yoğunluklarında yürütülen upconversion lüminesans ölçümlerinin sonuçları UCNP'lerdeki Gd3+ katkısıyla upconversion lüminesans mekanizması arasındaki ilişkiyi aydınlatmada kullanıldı. İlk örnek takımının farklı sıcaklıklardaki upconversion lüminesans davranışları, örneklerin 288 K ve 323 K arsında yüksek bir ısı duyarlılığı olduğunu gösterdi. Doktora tezinin ikinci ağırlık merkezini, çeşitli sentez parametrelerinin mikro dalga yardımlı hidrotermalik sentez yöntemiyle üretilen asetik asit kaplı hidrofilik NaGdF4:Yb3+:Er3+ UCNP'lerin yapı ve upconversion lüminesans davranışları üzerindeki etkisinin araştırlıması oluşturdu. XRD, SEM ve DLS yöntemleri kullanılarak yapılan yapısal karakterizasyon sonrası, örneklerin sabit und zamana bağlı upconversion lüminesans özellikleri araştırıldı. Heksagonal NaGdF4:Yb3+:Er3+ UCNP'ler bir saatlik reaksiyon süresi ve ılımlı şartlar altında (150 C°) üretildi. Etilen glikolün karışımın bir parçası olarak kullanılması ortalama çapları 100 nm altında bulunan UCNP'ler üretimesini sağladı. Son olarak, NaxScF3+x:Yb3+:Tm3+:Gd3+ UCNP'lerin yakın kızıl ötesi uyarımı ve yakın kızıl ötesi lüminesans özelliği ve NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+, NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+:Fe3+ Stokes kayma nano parçacıkları kısaca araştırıldı. Çünkü yüksek etkili yakın kızıl ötesi lüminesans özelliği barındıran lantanit katkılı nano parçacıkların kullanımı canlı bilimi açısından özel bir önem arzetmektedir. Polietilenimin (PEI) kaplı hidrofilik NaxScF3+x:Yb3+:Tm3+:Gd3+ UCNP'ler hidrotermal sentez metodu kullanılarak bir otoklav içinde üretildi. Düşük ve yüksek molekül ağırlıklı (MW) PEI ve reaksiyon sıcaklığının, kristal yapı ve upconversion lüminesans davranışları üzerindeki etkileri XRD, TEM, sabit ve zamana bağlı upconversion lüminesans ölçüm sonuçlarına bakılarak değerlendirilldi. (MW = 25000 (10 Gew.%)) PEI kullanılarak 250 C° de, ortalama parçacık büyüklüğü 124±14 nm olan nano parçacıklar üretildi. Bu parçacıklar en yüksek yakın kızıl ötesi/mavi lüminesans yoğunluğu oranı ve en uzun lüminesans yaşam süresi sergiledi. Diğer taraftan NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+ Stokes kayma nano parçacıklarının yalnızca TEM resimleri ve sabit lüminensans spektraları bulunmaktadır. Artan Yb3+ ve Fe3+ konsentrasyonu ile birlikte, Yb3+ ve Nd3+ lüminesans spektrum dağılımlarının değişimi gözlemlendi.

Özet (Çeviri)

In recent years, upconversion nanoparticles (UCNPs) have attracted more attention due to their high potential for biological applications. Unlike conventional fluorophores like dyes and quantum dots, UCNPs are able to convert multiple photons of lower energy to photons of higher energy. They are excited by long wavelength excitation in near infrared region (NIR) and emit photons in visible and NIR region. Furthermore, UCNPs possess outstanding properties such as reduced autofluorescence background, deep tissue penetration, low cytotoxicity, and long luminescence lifetimes, and the possibility for multicolour imaging. The investigation of upconversion luminescence (UCL) behaviours of UCNPs in different lattices codoped with various ions is still a need to understand the structural change on the UCL mechanism. Besides, the study of the synthesis possibility of hydrophilic UCNPs in one step using simple, environment friendly, inexpensive methods are vital to obtain ready for use UCNPs rapidly. The primary work of this thesis is focused on the research of the effect of the Gd3+ codoping on the structure of NaYF4:Yb3+:Er3+:Eu3+ and NaxScF3+x:Yb3+:Er3+:Eu3+ UCNPs and UCL behaviours. The first set of samples was synthesized by thermal decomposition method, capped with oleic acid (OA), and the luminescence measurements and dynamic light scattering measurements were carried out in cyclohexane. The synthesis method for the second set of samples was the microwave-assisted hydrothermal one step synthesis method. The luminescence spectra of acetic acid capped hydrophilic UCNPs were recorded as they were in Milli-Q water. The X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), scanning emission microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), and luminescence spectra of Eu3+ at room and ultralow temperature were used for gathering the structural information. The results were discussed in connection with upconversion luminescence (UCL) spectra for samples in NaYF4 and NaxScF3+x, comparatively. The results of steady state and time resolved luminescence measurements of the novel spectroscopic probe Eu3+ allowed us to have information about the small structural differences. The multiway decomposition method parallel factor (PARAFAC) analysis determined that the samples in NaYF4 have 2 different Eu3+ species (in two different site symmetry) whereas the samples in NaxScF3+x include three different Eu3+ species. The changes of UCL properties of samples were determined with the alteration of the lattice structure by codoping with Gd3+. The results of power density dependent UCL measurements provide an understanding of the UCL mechanism in UCNPs in relation to Gd3+ codoping. The temperature dependent UCL behaviours of the first set of samples showed a high relative sensitivity at between 288 and 323 K. The second focus of the thesis is the investigation of the effect of various synthesis pa5 rameters on the structure of acetic acid (AA) capped hydrophilic NaGdF4:Yb3+:Er3+ UCNPs obtained by microwave-assisted hydrothermal synthesis method as well as their UCL behaviours. After structural characterization by XRD, SEM, and DLS, the steady state and time resolved UCL properties were investigated. The hexagonal NaGdF4:Yb3+:Er3+ UCNPs were produced in one hour under mild synthesis condition (at 150 °C). Using ethylene glycol as a part of the medium resulted in sub-100 nm nanoparticles. Finally, the NIR excitation to NIR luminescence properties of NaxScF3+x:Yb3+:Tm3+ :Gd3+ UCNPs and NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+ NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+:Fe3+ Stokes-shift nanoparticles were shortly investigated, since the development of nanoparticles with high efficiency NIR luminescence is crucial to the use of lanthanide doped nanoparticles in life science. The polyethylene imine (PEI) capped hydrophilic NaxScF3+x:Yb3+:Tm3+ :Gd3+ UCNPs were generated by a hydrothermal synthesis method in autoclave. The influence of the low and high molecular weight (MW) of PEI and the reaction temperature on the lattice structure and UCL behaviours were discussed according to results of X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and steady state, time resolved UCL records. The UCNPs synthesized with 25000 MW (10 wt%) PEI at 250 °C were formed as spherical particles with an average particle size of 124±14 nm. They demonstrated the highest NIR to blue intensity ratio and the longest decay times. On the other hand, for the NaxScF3+x:Nd3+:Yb3+ Stokesshift nanoparticles there is only TEM images and steady state luminescence records. The alteration on the spectral distribution of Yb3+ and Nd3+ was observed with increasing of the concentration of Yb3+ and Fe3+.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    519794

    Synthesis and optical characterization of aurivillius layered perovskites

    Aurivillius yapısındaki katmanlı perovskitlerin sentezi ve optik karakterizasyonu

    MOHAMMADREZA KHODABAKHSH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    EnerjiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UĞUR ÜNAL

  2. Tez No

    675588

    Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri

    Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers

    YAĞIZ MOROVA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU

    PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU

  3. Tez No

    690912

    Moleküler baskılı floresannanoparçacıkların sentezlenmesi ve sensörsistemlerinde kullanımlarının incelenmesi

    Synthesis of molecularly imprintedfluorescent nanoparticles and their use insensor systems

    CEREN KAYMAZ KUŞÇUOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT BARSBAY

  4. Tez No

    465463

    Y2O3 ve Yb+3:Y2O3 partiküllerinin üretimi ve karakterizasyonu

    Y2O3 and Yb+3:Y2O3 particles production and characterization

    ELİF EMİL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN

  5. Tez No

    605769

    Production and characterization of white light based on energy up conversion mechanisms in Yb+3,Nd+3,Tm+3 rare earth ions doped y2o3-sio2 nano-phosphor materials

    Yb+3,Nd+3,Tm+3 nadir toprak iyon katkili Y2O3-SiO2 nanofosfor malzemelerde üst enerji̇ dönüşüm mekanizmasına dayalı beyaz ışık üretimi ve karakterizasyonu

    HATUN ÇINKAYA YILMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖNÜL ERYÜREK

Geri Dön