Çiriş otundan karbon kuantum nokta yapı sentezi ve optik biyosensör uygulaması
Synthesis of quantum dot structure from Asphodelus and optical biosensor application
Yazar: ADİLE YAĞMUR HERGÜL BİLGİN
Danışman: PROF. DR. EBRU BOZKURT
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, ülkemizde özellikle Doğu ve Güneydoğu Anadolu Bölgeleri'nde yabani olarak yetişen çiriş otu (asphodelus) ilk kez karbon kaynağı olarak kullanılıp yeni karbon kuantum nokta yapılar (CQDs) sentezlenmesi ve tamamen yeşil bir sentezle elde edilen bu yeni CQDs'ın optik biyosensör olabilme potansiyelinin araştırılması amaçlanmıştır. Tez çalışmasının ilk kısmında, CQDs herhangi bir kimyasal ajan kullanılmadan tamamen yeşil hidrotermal sentez yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Sentezlenen CQDs'ın boyutu, morfolojisi, yapısı ve yüzey yükü; TEM, XRD, XPS, FT-IR Spektrofotometresi ve Zetasizer cihazları ile belirlenmiştir. CQDs'ın optiksel davranışı ise absorpsiyon ve durgun hal floresans ölçümleri ile karakterize edilmiştir.  Çalışmanın ikinci aşamasında ise 11 farklı biyomolekül kullanılarak CQDs'ın optiksel biyosensör olma potansiyeli araştırılmıştır. Seçilen biyomoleküllerin su içerisinde 1,0x10-3 M'lık stok çözeltileri hazırlanmıştır. CQDs stok çözeltisinden 30 µl alınıp saf suyla 5 ml'ye seyreltilerek 12 adet numune elde edilmiştir. Bu numunelerden biri kör numune olacak şekilde diğer 11 numuneye ayrı ayrı biyomoleküller için hazırlanan stok çözeltilerden seyreltme yöntemi kullanılarak 20 µM biyomoleküllerden ilave edilmiştir. Daha sonra her bir CQDs-biyomolekül çözeltisi için ayrı ayrı ilgili cihazlar yardımıyla oda sıcaklığında absorpsiyon ve floresans ölçümleri alınmış ve CQDs'ın optiksel özelliği üzerine biyomoleküllerin etkisi tartışılmıştır. Çiriş otundan yeşil sentez yöntemiyle CQDs yapılar literatüre uygun bir şekilde başarıyla sentezlenmiştir. Seçilen her bir biyomolekülün varlığında alınan absorpsiyon ölçümlerinden CQDs'ın herhangi bir seçicilik sergilemediği fakat floresans ölçümleri sonucunda bu 11 biyomolekülden sadece β-karoten varlığında CQDs'ın floresansının sönümlendiği gözlenmiştir. CQDs'ın, β-karoten için oldukça hassas ve seçici bir florometrik sensör olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada çiriş otu ilk kez karbon kaynağı olarak kullanılmış ve β-karoten tespiti için floresans karbon kuantum nokta yapılar (CQDs) hidrotermal sentez yöntemi ile tek adımda başarıyla sentezlenmiştir. Sentezlenen bu yeni CQDs'ın morfolojisi, boyutu ve yüzey yükü belirlenmiş ve ilgili cihazlar kullanılarak yapısal ve optik karakterizasyonları yapılmıştır. Karakterize edilen CQDs'ın 11 farklı biyomolekül arasında yalnızca β-karoten için yüksek seçicilik ve hassasiyet gösterdiği floresans ölçümleriyle kanıtlanmıştır. β-karoten için asphodelus bazlı CQDs'ın tespit limiti 8,28 µM olarak hesaplanmıştır. Ayrıca bu yeni CQDs'ın, çalışılan diğer biyomoleküllerin girişimi olmadan çok hızlı ve stabil tepki verdiği ve β-karoten tespiti için tüm pH ortamlarında kullanılabileceği belirlenmiştir. Havuç suyuyla yapılan gerçek numune deneyleri, yeni CQDs sensörüyle pratik uygulamalarda β-karotenin doğru ve güvenilir bir şekilde belirlenebileceğini göstermiştir. Bu çalışmadan elde edilen sonuçların literatürde sınırlı sayıda olan β-karoten tespiti ile ilgili çalışmalara önemli katkılar sağlayacağı düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to synthesize new carbon quantum dot structures (CQDs) from asphodelus, which grows wild in our country, especially in the Eastern and Southeastern Anatolia Regions, was used as a carbon source for the first time and to investigate the optical biosensor potential of these new CQDs obtained by completely green synthesis. In the first part of the thesis, CQDs were obtained by the hydrothermal synthesis method, which is a completely green synthesis method, without using any chemical agents. The size, morphology, structure and surface charge of the synthesized CQDs were determined by TEM, XRD, XPS, FT-IR Spectrophotometer and Zetasizer devices. The optical behavior of CQDs was characterized by absorption and steady-state fluorescence measurements.
In the second part of the study, the potential of CQDs as an optical biosensors was investigated using 11 different biomolecules. 1.0x10-3 M stock solutions of selected biomolecules in water were prepared. 12 samples were obtained by taking 30 µl of the CQDs stock solution and diluting it to 5 ml with pure water. One of these samples was a blind sample, and 20 µM of biomolecules was added to the other 11 samples using the dilution method from the stock solutions prepared for the biomolecules separately. Then, absorption and fluorescence measurements were taken at room temperature with the help of relevant devices for each CQDs-biomolecule solution, and the effect of biomolecules on the optical properties of CQDs was discussed.CQDs structures were successfully synthesized from asphodelus using a green synthesis method in accordance with the literature. From the absorption measurements taken in the presence of each selected biomolecule, it was observed that CQDs did not exhibit any selectivity, but as a result of fluorescence measurements, it was observed that the fluorescence of CQDs was quenched in the presence of only β-carotene among these 11 biomolecules. CQDs have been determined to be a highly sensitive and selective fluorometric sensor for β-carotene. In this study, asphodelus was used as a carbon source for the first time and fluorescent carbon quantum dot structures (CQDs) were successfully synthesized in a single step by the hydrothermal synthesis method for detection of β-carotene. The morphology, size and surface charge of these new synthesized CQDs were determined and their structural and optical characterization was performed using relevant devices. It was proven by fluorescence measurements that the characterized CQDs show high selectivity and sensitivity only to β-carotene among 11 different biomolecules. The detection limit of asphodelus-based CQDs for β-carotene was calculated as 8.28 µM.  In addition, it was determined that these new CQDs respond very quickly and stably without interfering with any other biomolecules studied and can be used in all pH environments for detection of β-carotene. Real sample experiments with carrot juice shown that β-carotene can be determined accurately and reliably in practical applications with the novel CQDs sensor. It was thought that the results obtained from this study will make significant contributions to the studies on β-carotene detection, which are limited in the literature.