İndirgenmiş grafen oksit-kil kompozitlerinin hazırlanması, karakterizasyonu ve ilaç salım özelliklerinin incelenmesi
Preparation, characterization of reduced graphene oxide-clay composites and investigation of its drug release properties
Yazar: NURŞAH KÜTÜK
Danışman: PROF. DR. SEVİL ÇETİNKAYA GÜRER
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada ilk olarak Hummers yöntemiyle grafit (Gr) tozundan grafen oksit (GO) sentezlendi. Elde edilen GO örnekleri X-Ray Difraksiyonu (XRD), Fourier Dönüşümlü İnfrared Spektroskopisi (FTIR) ve Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), Ultraviyole Spektroskopisi (UV) ve Raman Spektroskopisi ile karakterize edildi. Daha sonra GO'yu indirgemek için siyah çay, beyaz ve mor lahananın sulu özütleri, indirgeyici ajan olarak kullanıldı. GO'nun indirgenmesi üzerine, özüt derişimi, tepkime sıcaklığı ve süresi gibi parametreler değiştirilerek indirgenmiş grafen oksitler (RGOs) hazırlandı. GO'nun indirgenmesi üzerine bu parametrelerin etkisi incelenerek, uygun özüt derişimi, tepkime sıcaklığı ve süresi gibi parametlere her bir özüt için ayrı ayrı belirlendi.  Siyah çay özütü için en uygun deney şartları 40 mg siyah çayın 100 mL saf suda demlenerek hazırlanan özüt derişimi, 100 oC tepkime sıcaklığı ve 4 saat tepkime süresi olarak seçildi. Mor ve beyaz lahana özütü için özüt derişimi, siyah çay için seçtiğimiz derişimdeki toplam fenolik miktarı temel alınarak seçildi. Her iki özüt için de 100 oC tepkime sıcaklığı ve 6 saat tepkime süresi, en uygun deney şartları olarak seçildi. Bu şartlarda bütün özütlerle hazırlanan RGOs'in özellikleri XRD, FTIR ve SEM teknikleri ile incelendi. GO için en uygun indirgeyici ajan siyah çay özütü olarak belirlendi ve kompozitler bu özüt kullanılarak hazırlandı.
Çalışmanın ikinci bölümünde, montmorilonit grubu bir kil olan sodyum bentonit (NaB) ile GO, siyah çay özütü için belirlenen deney şartlarında karıştırılarak indirgenmiş grafen oksit/ sodyum bentonit (SRGO/NaB) kompozitleri hazırlandı. Bu kompozitler hazırlanırken GO/NaB (w/w) kütle oranları 1/1, 1/2, 1/3 ve 1/4 idi. Hazırlanan bütün numunelerin XRD ve FTIR analizleri yapıldı. Analiz sonuçlarından SRGO/NaB kompozitinin en iyi GO/NaB oranının 1/1 (w/w) olduğuna karar verildi. Daha sonra bütün bu oranlarda hazırlanan SRGO/NaB kompozitlerine, hazırlanan siyah çay özütünün toplam hacmi üzerinden 1/20 oranında, Poli Etilen Glikol (PEG 400) eklenerek SRGO/NaB/PEG kompozitleri hazırlandı. PEG ile hazırlanan kompozitlerin özelliklerinin incelenmesinden sonra, ilaç salımında kullanılacak, en uygun SRGO/NaB/PEG kompozitinin GO/NaB (1/3) (w/w) oranında hazırlanan olduğuna karar verildi.
Hazırlanan SRGO/NaB(1/1) ve SRGO/NaB/(1/3)/PEG kompozitleriyle GO, NaB ve PEG 400 örneklerinin antibakteriyel analizi Minimum İnhibisyon Broth yöntemine göre yapıldı. Analiz sırasında Staphylococcus aureus (ATTC 29213), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), Escherichia coli (ATCC 25922) ve Bacillus cereus (ATCC 11778) bakterileri ile Candida albicans (ATCC 10231), Candida tropicalis (DSM 11953) mayaları kullanıldı. Örneklerin antibakteriyel özellikleri minimum inhibisyonu konsantrasyonuna (MIC) göre belirlendi. SRGO/NaB(1/1) ve SRGO/NaB(1/3)/PEG  kompozitlerinin Escherichia coli bakterisine karşı zayıf antimikrobiyal oldukları sonucuna varıldı.
Çalışmanın üçüncü bölümünde, hazırlanan SRGO/NaB(1/1) ve SRGO/NaB(1/3)/PEG kompozitlerine, organik bir asit olan gallik asit (GA) yüklemesi, pH=7.4 (kan plazma ortamı) ve pH=4.56 (mide ortamı) değerlerinde yapılarak ilaç salım özellikleri incelendi.  Sonuçlar GA'nın yüklenme veriminin hem SRGO/NaB(1/1) hem de SRGO/NaB(1/3)/PEG kompozitleri için %58.46 olduğunu ortaya çıkardı. İlaç salımının ise her iki kompozit için de yavaş seviyede olduğu belirlendi. 

Anahtar kelimeler: grafen oksit, grafen, indirgeme, bitkisel yöntem, siyah çay, sodyum bentonit, gallik asit, ilaç salımı

Abstract:
In this study, firstly graphene oxide (GO) particles were synthesized from natural graphite powder (Gr) based on Hummers method. The graphene oxides (GOs) were characterized by X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Ultraviolet Spectroscopy (UV) and Raman Spectroscopy techniques. The aqueous extracts of black tea, white and purple cabbage vegetables were used to reduce previously prepared GO. The effect of polyphenol content of extracts, reaction temperature and time on the reduced graphene oxide (RGO) were investigated and then determined best experimental conditions. The most suitable test conditions for black tea extract is the concentration of 40 mg of black tea prepared by dissolving in 100 mL of distilled water, reaction temperature of 100 ⁰C and reaction time of 4 hours were chosen as the best experimental conditions to reduce GO. The extract concentrations of purple and white cabbage were determined based on the total phenolic content of black tea extract concentration.  According to characterization analysis of prepared RGO for both extract, the best experimental temperature and time were found as 100 ° C and 6 hours, respectively.
The synthesized RGOs were characterized by XRD, FTIR and SEM techniques. Black tea extract was found the best reducing agent to reduce GO and was used to prepare composites.
In the second part of the study, reduced graphene oxide/sodium bentonite (SRGO / NaB) composites were prepared by mixing sodium bentonite (NaB) and GO in the black tea extract at the predeterminated experimental conditions.  The GO / NaB (w / w) mass ratios were used as 1/1, 1/2, 1/3 and 1/4 to prepare SRGO/NaB composites. Then, XRD and FTIR analyzes of all samples were performed. According the results, the best GO/NaB ratio to prepare SRGO/NaB composite was found as 1/1 (w/w). Then, SRGO/NaB/PEG composites were prepared by adding PEG 400 at a ratio of 1/20 of total suspension volume into SRGO/NaB composites. Characterization analysis of the composites were conducted by using FTIR and XRD. From the results, SRGO/NaB(1/3)/PEG composite was chosen for using in drug release studies.
Antibacterial analysis of GO, NaB and PEG 400 samples with prepared SRGO / NaB (1/1) and SRGO / NaB / (1/3) / PEG composites were performed according to Minimum Inhibition Broth method. Staphylococcus aureus (ATTC 29213), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 27853), Escherichia coli (ATCC 25922) and Bacillus cereus (ATCC 11778) and Candida albicans (ATCC 10231) and Candida tropicalis (DSM 11953) yeasts were used during the analysis. Antibacterial properties of the samples were determined according to the minimum inhibition concentration (MIC). It was concluded that SRGO/NaB(1/1) and SRGO/NaB(1/3)/PEG composites were weak antimicrobial against Escherichia coli bacteria.
In the third part of the study, drug release properties of SRGO/NaB(1/1) and SRGO/NaB 1/3) /PEG composites with loaded gallic acid (GA)  at blood plasma medium ( pH = 7.4) and stomach media (H = 4.56)  were examined. The results showed that the loading efficiency of GA was 58.46% for both SRGO NaB(1/1) and SRGO/NaB(1/3)/PEG composites. It was founded that drug release was slow in both composites.

Key words: graphene oxide, graphene, reduction, green synthesis, black tea, sodium bentonite, gallic acid, drug release