Synthesis of magnetically anisotropic janus particles by droplet-based microfluidics
Damlalcık temelli mikroakışkan sistemde manyetik özellikli anizotropik janus parçacıkların sentezi
- Tez No: 851405
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMİNE YEGAN ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 102
Özet
Janus parçacıklar, son yıllarda araştırmacılar tarafından hücre işaretleme, DNA testleri, biyolojik çoğaltma, hedefli ilaç taşıma, görüntüleme, ekran teknolojisi, organik ve metal kirleticilerin uzaklaştırılması ve su arıtma gibi birçok amaç için kullanılmaktadır. Anizotropilerinden kaynaklanan çok fonksiyonlu özellikleri nedeniyle, konvansiyonel monofaz parçacıklara göre daha üstün özelliklere sahiptirler. Janus parçacıkların üretiminde kullanılan geleneksel sentez yöntemleri olmasına rağmen, mikroakışkan tabanlı sistemler, kontrollü malzeme tüketimi, bir örnek üretim ve reaksiyon koşulları üzerinde etkili kontrol nedeniyle konvansiyonel yöntemlere göre daha avantajlıdır. Damlacık tabanlı mikroakışkan sistemler, Janus parçacıkların güvenilir sentezi için en popüler tekniktir. Bu metot farklı sentezler için de kullanılıyor olup, literatürde yer alan çalışmaların çoğu Janus parçacıkların üretiminde üretim sonrası ek işlemleri gerektirmektedir. Bu çalışmada, manyetik anizotropik Janus parçacıkların sentezlenmesi için basit ve yenilikçi bir damlacık tabanlı mikroakışkan teknik kullanılmıştır. Bu yöntemle, manyetik anizotropik Janus parçacıklar, damlaların şablon olarak kullanılmasıyla sentezlenir. Damlalar, manyetik nanoparçacıklar içerir ve manyetik bir alan içinden geçerken ultraviyole ışına maruz bırakılır. Manyetik alan, manyetik nanoparçacıkları bir yarımküreye çekerek damlayı anizotropik hale getirirken, aynı anda ultraviyole maruziyeti ön polimer fazının polimerizasyonunu başlatır. Bu tezde geliştirilen mikroakışkan sistem, sayısal simülasyonlar ve deneysel gözlemler kullanılarak optimize edilmiştir. Manyetik alan yoğunluğu optimize edilmiştir. Sentezlenen parçacıklar, optik mikroskop altında boyut dağılımlarını gözlemlemek ve tam polimerizasyonu doğrulamak için taramalı elektron mikroskop altında görüntülenmiş; manyetik anizotropi, dış bir manyetik alanın varlığında partikülün hareketini gözlemleyerek doğrulanmıştır. Sentezlenen parçacıkların birörnek olduğu ve kendi ekseni etrafında dönme özelliği gösterdiği gözlemlenmiştir, bu da manyetik anizotropik parçacıkların karakteristik özelliğidir. Bu tez kapsamında iki farklı nanoparçacık türünün yer aldığı Janus parçacıkların sentezi için de yenilikçi mikroakışkan sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemlerde TiO2-Fe3O4 ve SiO2-Fe3O4 nanoparçacıklarından oluşan manyetik anizotropik Janus parçacıkları sentezlenmiştir. Sentezlenen Janus parçacıklar, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskop altında gözlemlenmiştir. Ayrıca Janus parçacıkların manyetik tepkisi kalıcı mıknatıs kullanılarak da test edilmiştir. Bu tür Janus parçacıklar manyetik özellikleri sayesinde mikro kargo taşıma veya DNA testi uygulamaları için kullanılabilecektir.
Özet (Çeviri)
In the past decade Janus particles have been extensively utilized by the scientific community for potential uses such as cell encapsulation and assembly, DNA assays, biological multiplexing , targeted drug delivery, noninvasive imaging, theranostics , microlenses, reflection-mode displays, removal of organic and metal pollutants and water decontamination. Due to their multi functional characteristics, stemming from their anisotropy, they are superior to conventional monophase particles. Even though there are several established synthesis methods for Janus particles, microfluidics-based methods are by far the most convenient and reliable due to low reagent consumption, monodispersity of the resultant particles and efficient control over reaction conditions. Droplet-based microfluidics is the most popular technique for the reliable synthesis of Janus particles and even though it has been extensively explored there are many aspects of the conventional droplet-based microfluidics techniques that either result in poor anisotropy of the synthesized particles or involve off-chip processing. In this work a simple and novel droplet-based microfluidic technique is utilized to synthesize magnetically anisotropic Janus particles. Using this method magnetically anisotropic Janus particles are synthesized by using droplets as templates. The droplets contain magnetic nanoparticles and are exposed to ultraviolet radiation while passing through a magnetic field. The magnetic field renders the droplet anisotropic by attracting the magnetic nanoparticles to one hemisphere while at the same time the ultrviolet exposure initiates polymerization of the prepolymer phase. The microfluidic device was optimized by using numerical simulations and experimental observations. The magnetic flux density was optimized by using a magnetic flux density map. The synthesized particles were imaged under an optical microscope to observe their size distribution and scanning electron microscope to confirm complete polymerization and the magnetic anisotropy was confirmed by observing the motion of the particle in the presence of an external magnetic field. The synthesized particles were observed to be monodisperse and exhibited rotation about their own axis which is characteristic of magnetically anisotropic particles. Further another design was developed to merge droplets from two dispersed phase streams in a Janus orientation by optimizing the angle of merging. With this device the merged droplet was observed to contain the constituents of its two hemispheres distinct from each other. Using this device TiO2-Fe3O4 and SiO2-Fe3O4 magnetically anisotropic Janus particles were synthesized. The synthesized Janus particles were observed under the optical microscope and the scanning electron microscope. Moreover the magnetic response of the Janus particles was also observed using a permanent magnet. These types of Janus particles could be potentially used as micromotors for microcargo transport because of their magnetic properties or for DNA assay applications.
Benzer Tezler
- Yüksek manyetik anizotropili, kırılgan olmayan FePt tozlarının elektrik boşalımıyla üretimi, manyetik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of non-brittle FePt powder with high magnetic anisotropy by electric discharge and investigation of their magnetic and structural properties
PELİN TOZMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORHAN KAMER
- Doku mühendisliği için multiferroik nanopartikül yüklü doku iskelelerin 3B yazıcı ile üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of multiferroic nanoparticles on loaded scaffolds with a 3D printer for tissue engineering
MELİH MUSA AYRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyoteknolojiMarmara ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SONGÜL ULAĞ
DR. RIDVAN YILDIRIM
- Synthesis and characterization of Bi3+, La3+, Y3+ and Zn2+ substituted M-type hexaferrites
Bi3+, La3+, Y3+ and Zn2+ katkılanmış M-tipi hekzaferritelerin sentez ve karakterizasyonu
ISMAİL ALHASSAN AUWAL
- Synthesis of magnetically recycable catalyst for some organic reactions
Organik reaksiyonlar için manyetik tekrar kullanılabilir nanokatalizörler geliştirilmesi
MUSTAFA DEMİRELLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Bilim ve TeknolojiFatih ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULHADİ BAYKAL
- Manyetik olarak ayrılabilir rutenyum katalizörleri varlığında uç alkinlere karboksilik asit eklenme reaksiyonları
The addition of terminal alkynes to carboxylic acids in the presence of magnetically separable ruthenium catalysts
YEGANE DİDAR GÜRCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaHacettepe ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SOLMAZ KARABULUT ŞEHİTOĞLU
