Nanokompozit malzemelerin üretimi, karakterizasyonu ve elektrokimyasal biyosensör uygulamaları
Production , characterization  and elecrochemical bioensor applications of nanocomposite materials
Yazar: BÜLENT POLAT
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZEROĞLU ; DR. SİBEL YAZAR AYDOĞAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son yıllarda sağlık alanında gerçekleşen gelişmeler ile birlikte sağlık durumları kontrolünün hızlı ve pratik yollardan tespiti önem kazanmıştır. Biyo sensörlerin her geçen yıl daha kullanımı pratikleşmiş ve yaygınlaşmıştır. Diyabet hastalarının günlük şeker ölçümü, yüksek tansiyon hastalarının tansiyon ölçümü gibi sağlık durumlarını ölçmek için kullandıkları giyilebilir sensörler geliştirilmektedir. 
Biyosensörler geliştirilirken analitlere karşı tanıma ve duyarlılık gösteren elektrotlar kullanılmaktadır. Bu elektrotlarda iletken ve doğal polimer ve nanopartiküller kullanılmaktadır. Kullanılan polimerler ve nanopartiküller biyosensörlerin kimyasal olarak seçiciliğini, fiziksel olarak esneklik gibi özellikler sergilemesini sağlamaktadır.
Bu çalışmada biyosensörlerin duyarlılığını ve katalitik etkisini artıran ayrıca hassasiyetinin artmasını sağlayan elektrot malzemleri geliştirilmiştir. Polipirol temelli üretilen elektrot mazlemelerine ilk aşamada ayrı ayrı kitosan ve Poli(vinilsülfonik asit,sodyum tuzu) polimerleri katkılanmıştır. Sonrasında belli oranlarla eklenen nanopartiküler yardımıyla duyarlılığı geliştirilmiştir. Elektrot mazlemelerinde kullanılan CuO ve ZnO nanpartikülleri yeşil sentez metodu ile bitki ekstrakları kullanılarak sentezlenmiştir. Bitki ekstraktı olarak vitis vinefera (üzüm ekstraktı) kullanılmıştır. İlk kısımda kurşun kalem ucu elektrot kullanılarak elektrokimyasal yolla PPy-Chi(2.5 mg)/CuO(2.5gr)/PGE  elektrodu üretilmiştir. Glukoz tayini için üretilen bu elektrot malzemesinin LOD değeri 15.25 µM olarak hesaplanmıştır. İkinci kısımda ise esnek giyilebilir karbon keçe kullanılarak hidrotermal yöntemle ZnO(10 mg)@PPy-P(VSANa)(2 ml)  elektrodu üretildi. Esnek elektrot malzemesi hidrojen peroksit tayininde kullanıldı ve LOD değeri 0,042 µM olarak hesaplandı. Elde edilen elektrot mazlemelerinin yapısal ve kimyasal karakterizasyonları için ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılım spektrumu (EDS) analizleri, Fourier transform infrared spektroskopi (FT-IR) analizleri yapıldı. Ayrıca elektrot malzemelerinin XRD analizleri yapıldı. Yeşil sentez yöntemiyle üretilen NP'lerin UV analizleri de yapıldı.

Abstract:
With the recent advancements in the field of healthcare, the rapid and convenient detection of health conditions has become increasingly important. Wearable sensors, which are being increasingly used, have been developed for measuring health conditions such as daily glucose levels for diabetes patients and blood pressure measurements for hypertensive patients.
In the development of biosensors, electrodes that exhibit recognition and sensitivity towards analytes are utilized. These electrodes incorporate conductive and natural polymers, as well as nanoparticles. The use of these polymers and nanoparticles enables the biosensors to demonstrate chemical selectivity and physical flexibility.
This study focuses on the development of electrode materials that enhance the sensitivity and catalytic effect of biosensors, as well as improve their precision. Initially, electrode materials based on polypyrrole were prepared by incorporating chitosan and poly(vinylsulfonic acid, sodium salt) polymers separately. Subsequently, the sensitivity was enhanced through the addition of nanoparticles in specific ratios. Copper oxide (CuO) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles used in the electrode materials were synthesized using a green synthesis method, employing plant extracts, specifically Vitis vinifera (grape extract). In the first part, an electrochemical method was used to produce the PPy-Chi (2.5 mg)/CuO (2.5 g)/PGE electrode using a graphite pencil lead. The limit of detection (LOD) value for glucose determination using this electrode material was calculated as 15.25 µM. In the second part, a flexible wearable carbon felt was utilized to produce the ZnO (10 mg)@PPy-P(VSANa) (2 mL) electrode via hydrothermal synthesis. This flexible electrode material was employed for hydrogen peroxide determination, with an LOD value of 0.042 µM. Structural and chemical characterizations of the obtained electrode materials were conducted using scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) analysis, and X-ray diffraction (XRD) analysis. Additionally, UV analysis was performed to confirm the formation of CuO nanoparticles synthesized through the green synthesis method.