Comparative analysis of solvent effects on ZIF-8 features via solvothermal synthesis for enhanced drug delivery applications
Geliştirilmiş ilaç sağlama uygulamaları için solvotermal sentez yoluyla ZIF-8 özellikleri üzerindeki çözücü etkilerinin karşılaştırmalı analizi
- Tez No: 824732
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
ZIF-8, daha geniş metal-organik çerçeveler (MOF'ler) kategorisine giren zeolitik imidazolat çerçeve (ZIF) ailesinin bir üyesidir. MOF'ler, metal iyonlarından veya organik ligandlarla koordineli kümelerden oluşan bir kristal malzeme sınıfıdır. ZIF'ler, zeolitlerin yapı ve özelliklerini andıran, ancak çeşitli metal iyonlarını birleştirme ek esnekliği ile zeolit benzeri özellikleri ile ayırt edilirler. Bu nanopartiküllerin dikkate değer özellikleri, kalıcı gözeneklilik, olağanüstü termal ve kimyasal kararlılık ve tekdüze gözenek boyutudur. Özellikle ZIF-8, üzerinde en çok çalışılan ZIF'lerden biridir. 2-metil imidazolat (MeIm) ligandları ile koordineli çinko iyonlarından (Zn2+) oluşur. Ortaya çıkan çerçeve, düzenli ve düzgün nano boyutlu gözeneklere sahip üç boyutlu gözenekli bir yapıya sahiptir. Bu yapı, ZIF-8'in istisnai özellikler sergilemesini sağlayarak onu geniş bir uygulama yelpazesi için oldukça çekici kılmaktadır. Bu tez, açıkça DI su, metanol ve bütanolün etkilerine odaklanarak, çeşitli çözücüler kullanarak zeolitik imidazolat çerçeve-8'in (ZIF-8) sentezlenmesini araştırmayı amaçlamaktadır. ZIF-8, gaz ayırma, kataliz ve ilaç vermede çok yönlü uygulamalara sahip, önde gelen bir metal-organik çerçevedir (MOF). Sentez sırasında çözücü seçimi, her uygulama ve kullanım için ideal bir seçim yapmak üzere ZIF-8'in yapısını, morfolojisini ve performansını önemli ölçüde etkiler. Çalışma, ZIF-8'in yapısal özelliklerinin, solvotermal sentez yönteminin ve çözücülerin MOF oluşumundaki rolünün gözden geçirilmesiyle başlar. Tez daha sonra DI su, metanol ve bütanolün ZIF-8'in özellikleri üzerindeki etkisini değerlendirmek için sistematik bir deneysel tasarımın ana hatlarını çizer. Bu çözücüler, polarite ve moleküler yapı dahil olmak üzere çeşitli özelliklerinden dolayı seçilmiştir. Tez, DI su, metanol ve bütanolün ZIF-8 sentezi üzerindeki spesifik etkilerine ışık tutarak, bu özelliklerdeki çözücüye bağlı varyasyonları vurgulamaktadır. Deneysel sentez işlemi, değişen çözücülerin ZIF-8'in özellikleri üzerindeki etkisini araştırıyor. Bu analiz, her çözücü sistemi için kristal boyutu dağılımının, morfolojisinin ve gözenek özelliklerinin değerlendirilmesini içerir. Sentez, sıcaklık, reaksiyon süresi, reaktan konsantrasyonları ve solvent-reaktan oranı dahil olmak üzere sabit ve özdeş koşullar altında gerçekleştirilir. Her sentez koşulu, X-ışını kırınımı (XRD), termogravimetrik analiz (TGA) ve nitrojen adsorpsiyon-desorpsiyon ölçümleri (BET) gibi teknikler kullanılarak dikkatle izlenir ve karakterize edilir. Bu analitik yöntemler, sentezlenen ZIF-8 numunelerinin yapısal, termal ve adsorpsiyon özelliklerine ilişkin değerli bilgiler sağlar. Elde edilen sonuçlar, sentezlenen ZIF-8 numunelerinin %90-97'lük çok uygun bir kristallik, yüzey alanı, gözeneklilik ve stabilite gösteren kristallik açısından analiz edilir. Sentezlenen ZIF-8 nanoparçacıklarında gözlenen %90-97'lük umut verici kristallik, çeşitli uygulamalar için potansiyellerini daha da vurgulamaktadır. 1990'ların ortasında,“metal-organik çerçeve”terimi Yaghi ve arkadaşları tarafından icat edildi ve bu alanda önemli bir dönüm noktası oldu. Bununla birlikte, Metal-Organik Çerçeveler (MOF'ler) üzerine araştırmalar aslında Robson ve Hoskins'in öncülüğünde on yıldan fazla bir süre önce başlamıştı. 1995 yılında Yaghi, dikkat çekici tersinir sorpsiyon özellikleri sergileyen çok katmanlı bir Co-trimesate hakkındaki ufuk açıcı makalesini yayınladı. Bu yayın, MOF'ların çeşitli alanlarda ümit verici uygulamalara sahip çok yönlü malzemeler olarak potansiyelinin belirlenmesinde çok önemli bir rol oynadı. İki yıl sonra Kitagawa ve ark. üç boyutlu Metal-Organik Çerçevenin (MOF) gaz emme özelliklerini ortaya çıkararak önemli bir katkı sağladı. Bu atılımın ardından, HKUST-1 [6] ve MOF-5'in sentezleri ilk olarak 1999'da tanımlandı. Bu MOF'lar hızla önem kazandı ve o zamandan beri en kapsamlı araştırılan MOF'lar arasında kaldı. Popülerlikleri, onları çok çeşitli bilimsel araştırmalarda oldukça aranan materyaller haline getiren olağanüstü stabilite ve gözenekliliğe atfedilebilir. 2002 yılında Yaghi ve ark. bir dizi Çinko Dikarboksilatın gözenek boyutunun ve işlevselliğinin sistematik olarak değiştirilmesini içeren izoretiküler kimya kavramını (aynı veya benzer yapısal topolojiye sahip) tanıttı.“İzoretiküler”terimi, bu yapıların“aynı ağa dayalı”olduğu ve aynı zamanda benzer genel yapıya sahip olduğu anlamına gelir. Dikkate değer örnekler arasında -C4H4, -C2H4, -NH2, -Br, -OC3H7, -OC5H11 dahil olmak üzere çeşitli organik bileşikler kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelenen ve sentezlenen MOF-5 bulunmaktadır. Ek olarak MOF-5'in gözenek boyutu, uzun moleküler desteklerin eklenmesiyle arttırıldı. Bu stratejik tasarım yaklaşımı, gelişmiş özelliklere ve çeşitli araştırma alanlarında genişletilmiş uygulamalara sahip MOF-5 varyantlarının üretilmesine olanak sağladı. Eşzamanlı olarak, zeolitik imidazolat çerçeve (ZIF) ailesinin önde gelen bir üyesi olan ZIF-8, önemli ilerlemelere tanık oldu ve önemli ölçüde bilimsel ilgi topladı. Başlangıçta Metal-Organik Çerçeve (MOF) ailesine yeni bir eklenti olarak tanıtılan ZIF'ler, benzersiz özellikler sunan ve çeşitli uygulamalar için umut verici potansiyeli gösteren bir malzeme sınıfı olarak ortaya çıktı. ZIF-8'in keşfi ve ardından yapılan araştırmalar, titiz araştırmalar ve önemli atılımlarla karakterize edilen dikkate değer bir bilimsel yolculuğun kıvılcımını ateşledi. Bilim adamları ve araştırmacılar, ZIF-8'in sentez tekniklerini, yapısal özelliklerini ve doğal özelliklerini ortaya çıkarmak için yoğun çaba harcadılar. Titiz analiz ve karakterizasyon yoluyla ZIF-8'in kristal yapısı ve bağlanma düzenlemeleri aydınlatılarak daha ileri araştırmalar için sağlam bir temel oluşturuldu. Üstelik ZIF-8'in keşfi, davranışını belirleyen temel ilkelere ve yapısı ile özellikleri arasındaki ilişkilere odaklanarak salt gözlemin ötesine geçti. Özellikle ZIF-8'in kalıcı gözenekliliği, olağanüstü termal ve kimyasal kararlılığı ve tekdüze gözenek boyutu dağılımı bilim camiasını büyüledi ve bunların kökenleri ve etkileri hakkında ayrıntılı araştırmalar yapılmasına yol açtı. Yapısal açıklamaya paralel olarak araştırmacılar, ZIF-8'in çeşitli uygulamalar için muazzam potansiyelini fark ettiler. Gaz ayırma, kataliz ve ilaç dağıtım sistemlerindeki yeteneklerini anlamak ve kullanmak için kapsamlı çalışmalar yapılmıştır. ZIF-8'in benzersiz özellikleri ile uygulamaları arasındaki karmaşık etkileşim, sıkı bir incelemeye tabi tutularak, onun çağdaş bilimsel ve teknolojik zorluklara çözüm bulma potansiyelinin daha derinlemesine anlaşılmasına katkıda bulundu. ZIF-8 üzerindeki çözücü etkisinin sıcaklık, basınç ve reaksiyon süresi gibi spesifik sentez koşullarına bağlı olarak değişebileceğini belirtmek önemlidir. Bu nedenle, spesifik uygulamalar için ZIF-8'in istenen kristal boyutunu, morfolojisini ve özelliklerini elde etmek için solvent seçiminin kapsamlı bir şekilde araştırılması ve optimizasyonu gereklidir. Ayrıca tez, ilaç dağıtım sistemlerinin uygulanmasında ZIF-8'in performansı üzerindeki solvent seçiminin etkilerini de araştırmaktadır. Spesifik olarak, bir model ilacın yüklenmesi ve salınması açısından ZIF-8'in adsorpsiyon kapasiteleri ve seçiciliği üzerindeki DI su, metanol ve bütanolün etkisini değerlendirmek için ilaç verme deneyleri yapılır. Allantoin, ilaç salım uygulamalarında ilgili özelliklerinden dolayı model ilaç olarak seçilmiştir. Bu deneylerden elde edilen sonuçlar, ZIF-8'in bu spesifik ilacın yüklenmesi ve salınması için uygunluğuna dair değerli bilgiler sunarak, ilaç dağıtım sistemlerindeki potansiyelinin anlaşılmasına katkıda bulunur. Bu araştırmada, UV-görünür spektrofotometre kullanılarak, sentez sonrası yüklenen ve salınan ilaç (allantoin), yara sıvısının pH'ı olduğu için pH 6.4'te incelenmiştir. Sonuçlar, zif-8'in ilaç dağıtım sistemlerinde kullanılma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, Allantoin'in ZIF-8 içerisinde başarılı bir şekilde kapsüllendiğini göstermekte ve gelecekteki uygulamalarda ilaç yükleme sürecini optimize etmek için değerli bilgiler sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
ZIF-8 is a member of the zeolitic imidazolate framework (ZIF) family, which falls within the broader category of metal-organic frameworks (MOFs). MOFs are a class of crystalline materials composed of metal ions or clusters coordinated with organic ligands. ZIFs are distinguished by their zeolite-like characteristics, resembling the structure and properties of zeolites, but with the added flexibility of incorporating various metal ions. The remarkable features of these nanoparticles are persistent porosity, outstanding thermal and chemical stability, and uniform pore size. ZIF-8, specifically, is one of the most extensively studied ZIFs. It is composed of zinc ions (Zn2+) coordinated with 2-methyl imidazolate (MeIm) ligands. The resulting framework possesses a three-dimensional porous structure with regular and uniform nanosized pores. This structure enables ZIF-8 to exhibit exceptional properties, making it highly attractive for a wide range of applications. This thesis aims to investigate the synthesizing of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) using various solvents, explicitly focusing on the effects of DI water, methanol, and butanol. ZIF-8 is a prominent metal-organic framework (MOF) with versatile applications in gas separation, catalysis, and drug delivery. The choice of solvent during synthesis significantly influences the structure, morphology, and performance of ZIF-8 to make an ideal choice for each application and usage. The study commences with a review of ZIF-8's structural characteristics, solvothermal synthesis method, and the role of solvents in MOF formation. The thesis then outlines a systematic experimental design to evaluate the influence of DI water, methanol, and butanol on features of ZIF-8. These solvents were chosen due to their diverse properties, including polarity and molecular structure. The thesis highlights the solvent-dependent variations in these properties, shedding light on the specific effects of DI water, methanol, and butanol on ZIF-8 synthesis. The experimental synthesis process explores the impact of changing solvents on the features of ZIF-8. This analysis includes the evaluation of crystal size distribution, morphology, and pore characteristics for each solvent system. The synthesis is conducted under constant and identical conditions, including temperature, reaction time, reactant concentrations, and solvent-to-reactant ratio. Each synthesis condition is carefully monitored and characterized using techniques such as X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), and nitrogen adsorption-desorption measurements (BET). These analytical methods provide valuable insights into the structural, thermal, and adsorption properties of the synthesized ZIF-8 samples. The obtained results are analyzed in terms of crystallinity demonstrating a very favorable crystallinity of 90-97%, surface area, porosity, and stability of the synthesized ZIF-8 samples. The observed promising crystallinity of 90-97% in the synthesized ZIF-8 nanoparticles further highlights their potential for various applications. Furthermore, the thesis delves into the implications of solvent selection on the performance of ZIF-8 in the application of drug delivery systems. Specifically, drug delivery experiments are conducted to evaluate the influence of DI water, methanol, and butanol on the adsorption capacities and selectivity of ZIF-8 in terms of loading and release of a model drug. Allantoin is chosen as the model drug due to its relevant features in drug delivery applications. The results obtained from these experiments offer valuable insights into the suitability of ZIF-8 for the loading and release of this specific drug, contributing to the understanding of its potential in drug delivery systems. In this investigation, post-synthesis loading and releasing drug (allantoin) were investigated at pH 6.4 since it is the pH of wound fluids, by using a UV-visible spectrophotometer. The results show that zif-8 has potential to be used in drug delivery systems.
Benzer Tezler
- Çözücü prosesi ile pamuk ve haşhaş saplarınının özütlenmesi ve fitokimyasal olarak karşılaştırılmalı analizlerinin yapılması
Solvent extraction and comparative phytochemical analysis of cotton and opium poppy stalks
MAHMUT ÇOPUROĞLU
Doktora
Türkçe
2015
KimyaSüleyman Demirel ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CENGİZ
DOÇ. DR. BİROL ÜNER
- Temozolomid ve genistein yüklü polimerik nanopartiküllerin anti-proliferatif ve apoptotik etkilerinin insan glioblastoma hücrelerinde karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of antiproliferative and apoptotic effects of temozolomide and genistein loaded polymeric nanoparticles in human glioblastoma cells
İREM METEOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞEGÜL ERDEMİR ÜSTÜNDAĞ
- Development of novel biopolyamide compounds as a green and sustainable alternative to petroleum derived polymers and their applications in medical field
Petrolden elde edilen polimerlere yeşil ve sürdürülebilir bir alternatif olarak özgün biyopoliamit bileşiklerinin geliştirilmesi ve tıbbi alanda uygulamaları
ŞEBNEM GÜLEL
Doktora
İngilizce
2024
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Batı Anadolu'da yayılış gösteren hypecoum l. taksonları üzerinde farmasötik botanik ve biyoaktif sekonder metabolitleri yönünden araştırmalar
Investigations on hypecoum L. taxa distributed in western anatolia with regard topharmaceutical botany and bioactive secondary metabolites
SELİN AKTAR
- Şelat yapılı metal - imin komplekslerin sentezlenmesi ve hava kurumalı boya sistemlerindeki katalitik etkilerinin incelenmesi
Synthesis of chelated metal - imine complexes and investigation of the catalytic effects on air drying systems
FATİH TANRIKOLUOĞLU