Alglerden yeşil sentez ile metalik nanopartiküllerin üretim optimizasyonu ve bu nanopartiküllerin antibakteriyal etkinliklerinin incelenmesi
Production optimization of metallic nanoparticles by green synthesis from algae and investigation of antibacterial activities of these nanoparticles
Yazar: ANIL TEVFİK KOÇER
Danışman: PROF. DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Antibakteriyel aktivite = Antibacterial activity ; Biyokütle = Biomass ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Yeşil sentez = Green synthesis ; İstatistiksel analiz = Statistical analysis

Özet:
Metalik nanopartiküllerin (MNP) sentezinde kullanılan fiziksel ve kimyasal yöntemler, karmaşık, pahalı ve çevreye zararlı süreçlerden oluşmaktadır. Bu sorunların üstesinden gelmek için araştırmacılar yeşil sentez veya biyosentez adı verilen MNP üretim yöntemine yönelmişlerdir. Bu tez çalışmasında, Ulva lactuca, Halopteris scoparia makroalgleri ile Chlorella variabilis YTU.ANTARCTIC.001, Botryococcus braunii mikroalglerinin ekstraktlarından yeşil sentez yoluyla gümüş (AgNP), demir-oksit (FeONP) ve bakır-oksit (CuONP) NP'lerin üretimi, yeşil sentez parametrelerinin NP boyutuna olan etkilerinin belirlenmesi, yeşil sentez reaksiyonun optimizasyonu ve optimum koşullarda sentezlenen MNP'lerin antibakteriyal aktivitelerinin belirlenmesi amaçlamaktadır. Bu kapsamda, pH, sıcaklık ve metal tuzu solüsyonuyla algal ekstraktın karışım oranı gibi proses parametrelerinin NP boyutu üzerindeki etkileri Box-Behnken deneysel tasarım yöntemiyle istatistiksel olarak incelenmiş ve optimum koşullarda üretilen MNP'lerin karakterizasyonları yapıldıktan sonra Bacillus cereus ATCC 11778, Staphylococcus aureus ATCC 25923 ve Listeria monocytogenes ATCC 13932 türü gram pozitif bakteriler ve Escherichia coli CECT 4972 ve Salmonella typhi ATCC 14028 türü gram negatif bakterilere karşı antimikrobiyal aktiviteleri belirlenmiştir. Yapılan yeşil sentez deneyleri sonucunda elde edilen bulgular incelendiğinde her alg türünden sentezlenen MNP'lerin boyutları pH arttıkça azalırken; metal tuzu solüsyon oranı arttıkça artmıştır. Sıcaklık parametresinin ise MNP boyutuna herhangi bir lineer etki göstermediği görülmüştür. Box-Behnken deneysel tasarım yöntemiyle gerçekleştirilen istatistiksel analiz sonucunda elde edilen polinomal denklemlerin p değerleri 0.01'den küçük, korelasyon katsayıları ise 0.90'dan büyük olarak hesaplanmıştır. İstatistiksel analiz sonucunda belirlenen optimum koşullarda sentezlenen MNP'lerin küre benzeri şekillerde olduğu ve çaplarının yaklaşık 35 nm ile 75 nm arasında değiştiği görülmüştür. Antibakteriyal aktivite analizlerinde ise her MNP türünün kullanılan patojenlere karşı antibakteriyal etki gösterdiği ve yaklaşık 8 ile 18 mm arasında inhibisyon bölgesi oluşturduğu belirlenmiştir. Bu çalışma ile algal biyokütlelerin antibakteriyal etkinliği olan ve geleneksel yöntemlerle sentezlenen MNP'lerle benzer MNP'lerin yeşil sentezinde rahatlıkla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Alglerden yeşil sentezlenmiş MNP'lerin gelecekteki araştırmaları, tıp ve kozmetik gibi alanlarda antimikrobiyal bir ajan olarak kullanılması açısından oldukça önemli olacaktır.

Abstract:
The physical and chemical methods used in the synthesis of metallic nanoparticles (MNPs) consist of complex, expensive and environmentally harmful processes. To overcome these problems, researchers have turned to MNP production method called green synthesis or biosynthesis. In this thesis study, the production of silver (AgNP), iron-oxide (FeONP) and copper-oxide (CuONP) NPs from the aqueous extracts of Ulva lactuca, Halopteris scoparia macroalgae and Chlorella variabilis YTU.ANTARCTIC.001, Botryococcus braunii microalgae by green synthesis, the determination of the effects of green synthesis parameters on NP size, the optimization of green synthesis reactions and the determination the antibacterial activities of MNPs synthesized under optimum conditions were aimed. In this context, the effects of process parameters such as pH, temperature and metal salt solution ratio on NP size were statistically investigated and the antibacterial effects of MNPs produced under optimum conditions against Bacillus cereus ATCC 11778, Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Listeria monocytogenes ATCC 13932 gram positive bacteria and Escherichia coli CECT 4972 ve Salmonella typhi ATCC 14028 gram negative bacteria were determined. When the findings obtained as a result of the green synthesis experiments are examined, the sizes of MNPs synthesized from each algae species decrease as the pH increases; increased as the metal salt solution ratio increased. It was observed that the temperature parameter did not show any linear effect on the MNP size. The p values of the polynomial equations obtained as a result of the statistical analysis performed with the Box-Behnken experimental design method were calculated as less than 0.01 and the correlation coefficients as greater than 0.90. As a result of the statistical analysis, it was observed that the MNPs synthesized in the optimum conditions determined were spherical in shape and their diameters ranged from approximately 35 nm to 75 nm. In the antibacterial activity analysis, it was determined that each MNP species showed antibacterial activity against the pathogens used and formed an inhibition zone of approximately 8 to 18 mm. With this study, it was concluded that algal biomass can be easily used in the green synthesis of MNPs, which have antibacterial activity and are similar to MNPs synthesized by traditional methods. Future research of green synthesized MNPs from algae will be very important for its use as an antimicrobial agent in fields such as medicine and cosmetics.