Grafen bazlı elektrokimyasal sensörlerin geliştirilmesi ve glikoz tayininde kullanılması
Grafen bazlı elektrokimyasal sensörlerin geliştirilmesi ve glikoz tayininde kullanılması
Yazar: MERVE ÖZCAN
Danışman: DOÇ. DR. AYTEKİN UZUNOĞLU
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Grafen, bal peteğine benzer hegzagonal örgüye sahip bir atom kalınlığında karbon atomlarından oluşan atomik seviyede ince, mukavim ve sert bir materyaldir. İki boyutlu (2D) yapısından dolayı geniş yüzey alanı sağlayan grafit temelli malzemelerin temel yapı taşı olan grafenin, hızlı elektron taşınımı, yüksek ısıl ve elektrik iletkenliği, mükemmel mekanik sağlamlık, biyo-uyumluluk, kimyasal ve fiziksel kararlılık göstermelerinden dolayı esnek elektrotların geliştirilmesinde kullanılan en önemli malzeme sınıfları arasında yer almaktadır. Karbon esaslı nanoyapıların esnek altlıklar üzerine biriktirilmesi ile yüksek performansa sahip esnek elektrotlar geliştirilebilmektedir. Mürekkep püskürtme yönteminin kolay bir işlem olması, pahalı ekipmanlara gereksinim duymaması ve kişisel yazıcıların direk kullanımına olanak sağlaması esnek elektrot üretiminde büyük bir potansiyele sahiptir. Bu yöntem kullanılarak yenilikçi elektrot tasarımları geliştirilmesi, yüksek performansa sahip elektrokimyasal sistemlerin geliştirilmesi üzerine yoğun çalışmalar yürütülmektedir. 
Diyabet hastalığı, tüm dünyada milyonlarca kişinin sağlığını tehdit eden, kandaki insülin salgısının yetersiz olmasından veya verimsiz olarak kullanılmasından kaynaklı kan şekerinin kontrol edilememesine bağlı gelişen bir hastalıktır. Şeker hastalığı; sinir tahribatı, kalp krizi ve görme kaybı gibi birçok hastalığa da sebep olmaktadır. Bu hastalığın yaygınlaşmasını önlemek ve şeker hastalarının sağlıklı bir şekilde yaşamlarını sürdürmesini sağlamak amacıyla kan şekerinin yani kandaki glikoz miktarının düzenli bir şekilde ölçülmesi ve kontrol altına alınması gerekmektedir Kandaki glikoz seviyesinin tespitinde elektrokimyasal sensörler diğer yöntemlere göre (kromotagrafi,titrimetri vs.) göre daha hızlı , daha hassas, seçici ve ucuz olmasından dolayı tercih edilmektedir.
Bu tez çalışmasında, elektrokimyasal glikoz tayininde kullanılmak amacıyla ucuz, tek kullanımlık, kolay hazırlanabilir, yüksek hassasiyete ve seçiciliğe sahip esnek elektrokimyasal sensörler geliştirilmiştir. Proje kapsamında, literatürde esnek elektrokimyasal sensör hazırlanması için daha önce kullanılmamış, grafen temelli mürekkep karışımları hazırlanarak polietilen tereftalat (PET) esnek altlıkları üzerine ucuz ve kolay bir yöntem olan mürekkep püskürtme yöntemi ile yazdırılıp elektrokimyasal glikoz tayininde sensör olarak kullanılmıştır. Projeyi güncel literatürden ayıran iki farklı önemli nokta bulunmaktadır. Bunlardan ilki literatüre oranlara daha yüksek konsantrasyona ve kararlılığa sahip mürekkep karışımlarının geliştirilmesi amacıyla grafen yüzeyinin sülfonat grupları ile modifiye edilmesidir. Ardından elektrokatalitik özellik sağlamak amacıyla Pd nanopartikülleri ile modifiye edilmiştir. Tez çalışmasında kullanılan ikinci özgün nokta ise mikron seviyesine sahip grafen yapraklarının boyutları yüksek enerjili bilyalı değirmen kullanılarak küçültülmüş ve nanografen yapıları oluşturularak mürekkep karışımları hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde tez kapsamında gerçekleştirilen fiziksel ve kimyasal modifikasyonlar, literatüre göre daha yoğun ve daha kararlı yenilikçi mürekkep karışımlarının hazırlanmasını sağlamıştır. Hazırlanan mürekkep karışımları, mürekkep püskürtmeli yazıcılar kullanılarak polietilen tetrafalat esnek altlıklar üzerine yazdırılmış ve optimum iletkenlik değeri elde edilene kadar yazdırma işlemi tekrarlanmıştır. Esnek elektrotların fiziksel ve kimyasal karakterizasyonları tamamlandıktan sonra elektrokimyasal sensör olarak glikoz tayininde kullanılmış ve performans analizleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Graphene is a strong, hard material with an atomic thickness higher than carbon atoms with a honeycomb-like hexagonal lattice. The material classes of the most important electrodes used in the development of flexible electrodes from the two-dimensional (2D) structure of graphene, which is the basic building block of graphene, which is the basic structure basic structure based on large surface area, fast electron transport, high thermal and electrical conductivity, excellent mechanical strength, biocompatibility, physical and physical display. Is located between. Flexible electrodes with high performance can be developed by depositing flexible nanostructures on flexible carbon substrates. It is desirable that the inkjet method is an easy process, does not require equipment, and personal printers provide direct power, flexible electrode has a great potential. In this process, he conducts electrode execution and studies on high performance electrochemical systems.
Diabetes is a disease that threatens the health of millions of people all over the world and develops due to the inability to control blood sugar due to insufficient insulin secretion in the blood or its inefficient use. Diabetes; It also causes many diseases such as nerve damage, heart attack and vision loss. In order to prevent the spread of this disease and to ensure a healthy life for diabetics, it is necessary to regularly measure and control blood glucose, ie the amount of glucose in the blood. Electrochemical sensors are faster than other methods (chromotagraphy, titrimetry, etc.) It is preferred because it is sensitive, selective and inexpensive.
In this thesis, inexpensive, disposable, easily prepared, flexible electrochemical sensors with high sensitivity and selectivity have been developed to be used in electrochemical glucose determination. Within the scope of the project, graphene-based ink mixtures were prepared and printed on polyethylene terephthalate (PET) flexible substrates with ink jet method, which is an inexpensive and easy method, and used as a sensor for electrochemical glucose determination. There are two different important points that distinguish the project from the current literature. The first of these is the modification of the graphene surface with sulfonate groups in order to develop ink mixtures with higher concentration and stability compared to the literature. Then it was modified with Pd nanoparticles to provide electrocatalytic properties. The second original point used in the thesis is that the micron-level graphene sheets were reduced in size using a high energy ball mill and ink mixtures were prepared by forming nanographene structures. When the results obtained were examined, the physical and chemical modifications carried out within the scope of the thesis enabled the preparation of innovative ink mixtures that were more intense and more stable than the literature. The prepared ink mixtures were printed on polyethylene tetrafalate flexible substrates using inkjet printers and the printing process was repeated until the optimum conductivity value was obtained. After the physical and chemical characterization of flexible electrodes was completed, it was used as an electrochemical sensor for glucose determination and performance analysis was performed.