Biyokütleden karbonize iletken elektrot malzemesi üretimi ve biyoelektronik uygulamalarda kullanımı
Production of carbonized conductive electrode material from biomass and its use in bioelectronic applications
- Tez No: 787367
- Danışmanlar: DOÇ. SAMET ŞAHİN, DOÇ. DR. VELİ ŞİMŞEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Biyosensörler ve yakıt hücreleri biyobelirteçlerin tayini başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Enzimatik biyosensörler ve enzimatik yakıt hücreleri enzimlerin fizyolojik şartlarda çalışabilmeleri, yüksek özgüllükleri ve küçük ölçekte tasarım imkânı sağlamaları nedeniyle öne çıkan sistemlerdir. Bu çalışmada, farklı biyokütle kaynakları kullanılarak karbonizasyon yöntemiyle iletken elektrot malzeme hazırlanmış ve elde edilen bu karbonize malzemenin biyoelektronik uygulamalardaki performansının incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak, hasır otu püskülü (TT) ve kedi söğüdünden (PW) karbonizasyon yöntemiyle iletken karbonize malzemeler elde edilmiştir (CTT ve CPW). Elde edilen karbonize malzemeler fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal yöntemlerle karakterize edilmiş, baskı devre karbon elektrotlar üzerine kaplanmış ve yüzeylerine glikoz oksidaz enzimi tutuklanmıştır. Daha sonra en uygun enzim tutuklama yöntemi belirlenmiş ve biyosensör çalışma potansiyeli, uygulanan enzim ve mediyatör miktarları optimize edilmiştir. Hazırlanan elektrotlar test edilerek, tekrar edilebilirlikleri, raf ömürleri, girişim etkileri, doğrusal çalışma aralıkları, tayin limitleri (LOD ve LOQ) belirlenmiş ve gerçek numune testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu elektrotlar platin karası ile geliştirilen katot ile birleştirilerek yakıt hücresi testleri gerçekleştirilmiştir. CTT ve CPW modifiye elektrotların 5 mM glikoz derişimde tekrar edilebilirlik bağıl standart sapma değerleri sırasıyla % 6,67 ve %12,85 olarak elde edilmiş, 30 günün sonunda akım değişiminin sırasıyla %12,33 ve %19,56 olarak bulunmuştur. Biyosensör, muhtemel girişim yapması beklenen ürik asit, askorbik asit ve insülin varlığında test edildiğinde glikoz cevabına karşı bu maddelerin anlamlı bir girişim etkisi görülmemiştir. Sensörün doğrusal çalışma aralığı her iki malzeme için de 0 – 10 mM olarak belirlenmiş, CTT ve CPW için LOD değerleri ise sırasıyla, 0,45 mM ve 0,31 mM; LOQ değerleri ise sırasıyla 1,35 mM ve 0,93 mM olarak hesaplanmıştır. Biyosensörlerin glikoz tayini için uygulanabilirliği gerçek numune (çilek, vişne ve kayısı reçeli) testleri ile gösterilmiştir. Son olarak, CTT ve CPW ile hazırlanan yakıt hücrelerinden üretilen maksimum güç yoğunluğu değerleri ise sırasıyla 3,54 µW/cm2 ve 3,31 µW/cm2 olarak elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Biosensors and fuel cells are used in many applications, especially in the determination of biomarkers. Enzymatic biosensors and enzymatic fuel cells, on the other hand, stand out due to the ability of enzymes to work under physiological conditions, their high specificity, and their miniature design possibilities. This study aims to produce conductive electrode materials using different biomass sources via carbonization and to examine the performance of this carbonized material in bioelectronic applications. First, conductive carbonized materials were obtained from typha tassel (TT) and pussy willow (PW) using the carbonization method (CTT and CPW). The carbonized materials obtained were characterized by physical, chemical, and electrochemical methods, coated on screen-printed carbon electrodes and the glucose oxidase enzyme was immobilized on modified surfaces. The most suitable enzyme immobilization method was determined and the biosensor working potential, applied enzyme, and mediator amounts were optimized. The reproducibility, shelf life, interference effects, linear operating ranges, and detection limits (LOD and LOQ) of the prepared electrodes were determined, and real sample tests were carried out. Then, these electrodes were combined with the cathode developed with platinum black, and fuel cell tests were carried out. The relative standard deviation values of the repeatability of CTT and CPW-modified electrodes at 5 mM glucose concentration were calculated as 6.67% and 12.85%, respectively, and the current change at the end of 30 days was found to be 12.33% and 19.56%, respectively. When the biosensor was tested in the presence of uric acid, ascorbic acid, and insulin, no significant interference effect was observed against the glucose response. The linear operating range of the sensor is determined as 0 – 10 mM for both materials, the LOD values for CTT and CPW are 0.45 mM and 0.31 mM, respectively, and the LOQ values are 1.35 mM and 0.93 mM, respectively. The applicability of biosensors for glucose determination has been demonstrated by real sample (strawberry, cherry, and apricot jam) tests. Finally, maximum power density values obtained from fuel cells prepared with CTT and CPW are 3.54 µW/cm2 and 3.31 µW/cm2,respectively.
Benzer Tezler
- Biyokütleden üretilen heteroatom katkılı aktif karbonun süperkapasitör performansı
The supercapacitor performance of heteroatom doped activated carbon produced from biomass
BARIŞ DİKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEKİ AKTAŞ
- Atık biyokütleden elde edilen aktif karbonun metilen mavisi adsorpsiyonunda kullanımı
The use of activated carbon obtained from waste biomass in methylene blue adsorption
MUSTAFA ÖZÜSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN ALAGÖZ
- Linyit ve biyokütle karışımından aktif karbon üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of activated carbon from mixture of lignite and biomass
MUSTAFA ERDEM AKBULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİNE YAĞMUR
- Farklı biyokütlelerden karbondioksit kullanılarak karbon moleküler elek özelliğinde aktif karbon üretimi ve uygulamaları
Carbon molecular sieve-like activated carbon production and applications using carbon dioxide from different biomass
İLHAN KÜÇÜK
- Yağı alınmış kayısı iç çekirdeği atıklarından elde edilmiş aktif karbonun süper kapasitör olarak kullanımı
Use of activated carbon from oiled apricot seed waste as a super capacitor
ELİF ÖNYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİnönü ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL