Kağıt tabanlı kolorimetrik biyosensörlerin üretimi
The production of paper-based colorimetric sensors
Yazar: SILA GİZEM ALHAN
Danışman: DOÇ. DR. ŞÜKRÜ GÖKHAN ELÇİ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry
Dizin: Gümüş nanopartiküller = Silver nanoparticles

Özet:
Küresel sanayi devrimi ağır metallerin çevreye yayılımını hızlandırmaktadır.
Bitkisel gıdaların tüketilmesi, güvenli olmayan suların içilmesi ve ağır metallerle
kirlenmiş havanın insan sağlığı üzerinde uzun vadeli etkileri vardır. Ağır
metallerin varlığı ve doğadan uzaklaştırılması, onların kalıcı çevresel kirleticiler
olarak görülmesine neden olmaktadır. Yayılmalarını önlemek ve kirlilik
seviyesini gözlemlemek için sahada tespit imkanı sağlayan düşük maliyetli,
taşınabilir biyosensör sistemlerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu
tezde sitrat kaplı altın ve gümüş nanoparçacıklar kolorimetrik sensör
potansiyellerini araştırmak için ısıya dayalı ve ısıya dayalı olmayan teknikler
kullanılarak hazırlandı. Sentezlenen nanoparçacıklar çeşitli ağır metallere karşı
değerlendirildi ve yanıt veren metaller gözlendi. Altın ve gümüş nanoparçacıklar
yüzey plazmon rezonans (LSPR) özellikleri sayesinde diğer parçacık türlerine
kıyasla kolorimetrik sensörler için büyük adaydır. Çekirdek boyutu 7 nanometre
olan küresel şekle sahip sitrat kaplı gümüş nanoparçacıklar ısıtmalı ve ısıtmasız
olarak sentezlendi. Gümüş nanoparçacıklar farklı metal iyonlarıyla kolorimetrik
olarak test edildi. Kolorimetrik olarak gözlenen değişiklikler UV-Vis absorpsiyon
spektrumlarında incelendi. Her üç gümüş nanoparçacık Cr3+ iyonlarına karşı
yüksek özgüllük gösterdi; ancak duyarlılıkları sentez için kullanılan yönteme
bağlı olarak farklılık göstermektedir. Sahada kullanılabilecek taşınabilir bir sistem
oluşturmak amacıyla çevre dostu ve ucuz sensör elde etmek için kağıt kullanıldı.
Nanoparçacıklar piezoelektrik yazıcı kafasına sahip mürekkep püskürtmeli yazıcı
kullanılarak kağıda basıldı. Sensör sistemi içme ve deniz suyu örneklerinde
uygulandı. Ölçümler 1 ml gerçek örnek içine 20 µM Cr3+ iyonu eklenerek yapıldı.
Ekleme öncesi ve ekleme sonrası değerler hesaplanarak yüzdesel olarak geri alım
değerleri elde edildi. İçme suyu için yüzdesel olarak 106.3184 ± 2.378161, deniz
suyu için ise 90.97246 ± 1.453167 bulundu. Bu çalışmada sıcaklığın
nanoparçacıkların dispersiyon kinetiklerini, görünümlerini ve metal iyonlarıyla
etkileşimini nasıl etkilediğinin karşılaştırmalı incelemesi sunulmaktadır.

Abstract:
The global industrial revolution is accelerating the spread of heavy metals into the
environment. Consumption of plant-based foods, drinking unsafe water, and
polluted air with heavy metals have long-term effects on human health. The
presence of heavy metals and their removal from nature are considered
permanent pollutants to the environment. It is essential to develop low-cost,
portable biosensor systems that allow detection in the field to prevent their spread
and measure the level of pollution. In this thesis, gold and silver nanoparticles
with citrate coating were synthesized using heat and no heat-based techniques to
investigate their colorimetric sensor potential. These nanoparticles were evaluated
against various heavy metals, and the responding metals were observed. Gold and
silver nanoparticles are great candidates for colorimetric sensors compared to
other particles due to their localized surface plasmon resonance (LSPR)
properties. Citrate-coated silver nanoparticles of spherical shape with a core size
of 7 nm, were synthesized with and without heating. The silver nanoparticles were
colorimetrically tested with different ions and showed high specificity against
Cr3+ ions, yet their sensitivity differed based on the method used for synthesis.
The paper was selected to obtain environmentally friendly and cheap sensors to
create a portable system that can be used in the field. The particles were printed
on the paper using an inkjet printer with a piezoelectric printhead. The sensor
system was applied to drinking and seawater samples. Measurements were made
by adding 20 µM Cr3+ ion into 1 ml of real samples. Pre-addition and postaddition values 
were calculated and recovery values in percentages were found.
The percentage was 106.3184 ± 2.378161 for drinking water and 90.97246 ±
1.453167 for seawater. The study presents a effect of temperature on the
dispersion kinetics of nanoparticles, their appearance, and their interaction with
metal ions.