Dopamin tayini için ZnO nanoyapı içeren 3 boyutlu baskılanmış elektrotların üretilmesi
Fabrication of 3D printed electrodes with ZnO nanostructures for dopamine detection
- Tez No: 959529
- Danışmanlar: PROF. DR. YASEMİN ÖZTEKİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Teknolojik ilerlemenin temelini, bilimsel ve deneysel bilginin disiplinler arası etkileşimle bir araya getirilmesi oluşturmaktadır. Bu bağlamda, nanoteknoloji 21. yüzyılda öne çıkan alanlardan biri olmuş; yalnızca fen bilimleriyle sınırlı kalmayıp mühendislikten çevre yönetimine, ekonomiden politikaya kadar çeşitli alanlarda çözüm üretme potansiyeli sunmuştur. Nano ölçekte kimyasal sentezlerin kontrollü biçimde gerçekleştirilmesi, uygulamaya yönelik malzeme geliştirme çalışmaları ve bu malzemelerin sürdürülebilir şekilde tasarlanması, alanın gelişimi açısından önemlidir. Son yıllarda artan işlem gücü, 3 boyutlu (3D) modelleme ve baskılama gibi teknolojilerin hızla yaygınlaşmasına imkân sağlamış; bu gelişmeler prototipleme süreçlerini kolaylaştırarak seri üretime katkı sunmuştur. Kimya biliminin en güçlü dallarından biri olan elektrokimyada ise 3D baskılamanın yalnızca aparatların kullanılmasından öteye geçip elektrokimyasal uygulamalarda kullanılması geçtiğimiz son 10 yılda olmuştur. Oldukça yeni olan bu teknolojik çalışma alanı yeni elektrotların geliştirilmesi ve kullanılması için mütecessim potansiyeller barındırmaktadır. Aynı zamanda elektrokimyasal reaksiyonların cereyan ettiği çalışma elektrotlarının (ve diğer elektrotların) 3D baskılanması, kullanım amacına yönelik olarak şekillendirilmesi, modifiye edilmesi ve kullanıma hazır hale getirilmesi gibi teknik aşamaların aşılması için teknolojik hıza ve kapasiteye rağmen nanomalzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Nanomalzemelerin sentezi için farklı metotlar bulunmakla birlikte zararlı kimyasal kullanım bilincinin zirvede olduğu çevre dostu kimyasal yaklaşımlar hem günümüz hem gelecek teknolojisi için elzemdir. Elektrokimya alanındaki 3D baskıların daha da geliştirilmesi gerektiği gibi çevre dostu kimya tekniklerinin de kuvvetli kimyasallara karşı geliştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, çevre dostu kimyasal teknikler kullanılarak kaynak kullanımının minimize edilmesi ve atıkların olabildiğince azaltılmasına özen gösterilerek; ZnO nanopartiküllerin Salvia heldreichiana bitkisinin kurutulmuş yaprakları kullanılarak sentezlenmesi, elektriksel iletken özelliğe sahip karbon siyahı katkılı PLA kompozit filament kullanılarak 3D elektrotların baskılanması ve sentezlenen nanopartiküllerin elektrot yüzeyine bir kuaterner amonyum tuzu olan diallildimetilamonyum klorür monomer ve polimerinin varlığında modifiye edilmesi temel alınarak bir elektrokimyasal sistem kurulmuştur. Sentezlenen ZnO nanopartiküllerin ortalama parçacık boyutu 35.98 nm, bant aralığı ise 2.97 eV olarak olarak hesaplanmıştır. Hazırlanan elektrot yüzeyleri, elektrokimyasal ve mikroskobik tekniklerle karakterize edilmiştir. Ayrıca bu elektrotların, dopamin molekülünün varlığında sensör olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Dopamin model analitine karşı yalın 3D baskılanmış elektrot, 50-300 µM arasında bir lineer aralık sunarken; yüzeyi diallildimetil amonyum klorür ve ZnO nanopartiküllerle modifiye edilmiş elektrot 10-8000 µM'a kadar geniş bir lineer aralık göstermiştir. Bunun yanı sıra nano ölçekteki yüzey geliştirmeyle elde edilen elektrottaki sinerjetik etki sayesinde 8.56 µM tayin limiti ile 456.84 µA/mM cm2 hassasiyete ulaşılmıştır. Elektrot başına üretim maliyeti yaklaşık 0.03 $ olarak hesaplandığı göz önüne alındığında çalışmanın hedeflediği sonuca başarılı bir şekilde ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
The foundation of technological advancement lies in the integration of scientific and empirical knowledge through interdisciplinary collaboration. In this context, nanotechnology has emerged as one of the prominent fields of the 21st century, offering the potential to produce solutions not only within the scope of natural sciences but also across diverse areas such as engineering, environmental management, economics, and policy. The controlled synthesis of materials at the nanoscale, the development of application-oriented materials, and their sustainable design are essential for the advancement of the field. In recent years, the increase in computational power has facilitated the widespread adoption of technologies such as three-dimensional (3D) modeling and printing, which has simplified prototyping processes and contributed to scalable manufacturing. In the field of electrochemistry—one of the most powerful branches of chemistry—the use of 3D printing has gone beyond fabricating simple apparatuses and has, over the past decade, been applied directly to electrochemical systems. This relatively new technological research area holds considerable potential for the development and application of novel electrodes. Despite advancements in printing speed and capability, the fabrication, surface modification, and preparation of 3D-printed working electrodes for specific applications still require the use of nanomaterials. While various synthesis methods exist for nanomaterials, the increasing awareness of the harmful effects of chemical reagents necessitates the adoption of environmentally friendly chemical approaches. Just as electrochemical 3D printing technology needs further development, sustainable green chemistry practices must also be advanced to replace harsh chemicals. In this thesis, an electrochemical system was developed by prioritizing environmentally friendly chemical methods to minimize resource use and reduce waste. Zinc oxide (ZnO) nanoparticles were synthesized using dried leaves of Salvia heldreichiana, an endemic plant species, and 3D electrodes were printed using a polylactic acid (PLA) composite filament containing carbon black for electrical conductivity. These synthesized nanoparticles were then used to modify the electrode surfaces in the presence of a quaternary ammonium salt, diallyldimethylammonium chloride (DDA), both as a monomer and polymer. The synthesized ZnO nanoparticles had an average particle size of 35.98 nm and a calculated band gap of 2.97 eV. The printed electrodes were characterized using electrochemical and microscopic techniques. Furthermore, their applicability as sensors for dopamine detection was investigated. The unmodified 3D-printed electrode exhibited a linear detection range of 50–300 µM for dopamine, while the DDA-ZnO NP-modified electrode extended this range to 10–8000 µM. In addition, the synergistic effects achieved through nanoscale surface modification led to a detection limit of 8.56 µM and a sensitivity of 456.84 µA/mM·cm2. Considering the low production cost of approximately $0.03 per electrode, the study successfully achieved its intended objectives.
Benzer Tezler
- Biyojenik aminlerin tayini için yeni yöntemler geliştirilmesi
Development of new methods for determination of biogenic amines
OKAN USLU
- Dopamin ve üre tayini için esnek ve giyilebilir elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
Development of a flexible and wearable electrochemical sensor for the determination of dopamine and urea
RABİANUR KURTELİ
- Dopamin tayini için Pd katkılı polimerik yüzey tasarımı ve elektrokimyasal sensör olarak incelenmesi
Pd-doped polymeric surface design for dopamine determination and its investigation as an electrochemical sensor
EMRE SOMUK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA KELEŞ
- Dopamin tayini için PVC membran potansiyometrik sensör geliştirilmesi
Development of PVC membrane potentiometric sensor for determination of dopamine
YUNUS BAYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
KimyaVan Yüzüncü Yıl ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLŞAH SAYDAN KANBEROĞLU
- Dopamin tayini için elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
Development of electrochemical sensor for dopamine determination
HUDA ABDALKAREM M.SADEQ ALI YASHIL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaKarabük ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İREM OKMAN KOÇOĞLU