Görünür ışığa duyarlı Ag taşıyıcılı – CMC/MA/ODA-MMT'nin agnp üretimini aktive eden kompakt sistem tasarımı ve üretilen nanokompozitin antimikrobiyal analizi
A compact system design and antimicrobial analysis of the produced nanocomposite with visible light sensitive Ag carrier - CMC/MA/ODA-MMT activating agnp production
Yazar: HELİN ÇIKMAZ KOCA
Danışman: DOÇ. DR. ULVİYE BUNYATOVA
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Gümüş nanopartiküllerin antimikrobiyal olarak kullanılma çalışmaları son yıllarda giderek artmaktadır. Bu nedenle çeşitli gümüş (Ag) taşıyıcılı polimer yapıları oluşturulup, farklı yöntemler ile gümüş nanopartikül (AgNP) oluşumu teşvik edilmektedir.
Bu tezin amacı; üç farklı dalga boyundaki (mavi, yeşil, kırmızı renklerindeki) görünür ışığın Ag-taşıyan CMC/MA/ODA-MMT nanokompozitte nanopartikül oluşumuna etkisi, bu aktivasyon prosesinin incelenmesi ve takibi için düşük maliyetli bir sistem tasarlanmıştır. Literatürde üç farklı görünür dalga boyunda aktivasyon sağlayıp hem de aktivasyonun gerçekleştiğini verilerle gösterebilen bir sisteme rastlanamamıştır. Bu nedenle kompakt ve düşük bir maliyetli el yapımı bir sistem tasarlanmış, üç farklı dalga boyundaki (yeşil, mavi, kırmızı renklerindeki) görünür ışık ile Ag-taşıyan CMC/MA/ODA-MMT nanokompozit, nanopartikül oluşumu için aktive edilmiş ve bu aktivasyon PIN fotodiyotlar ile algılanarak aktivasyon süreleri gözlemlenmiştir. Tasarlanan sistemle AgNP'lerin oluşum süresi boyunca potansiyel farkı tespit edilirken aktivasyon prosesinin bitişiyle potansiyel farkın sabitlendiği gözlemlenmiştir. Nanokompozit aktivasyonundan sonra mavi, yeşil ve kırmızı LED'ler ile aktive edilen numunelerin potansiyel fark- zaman eğrileri analiz edilmiştir. Aktivasyon süresince tüm LED'lerden alınan potansiyel farkının zamana karşı eksponansiyal eğri ile azaldığı tespit edilmiş, aktivasyon prosesinin bitişiyle potansiyel farkın sabitlendiği gözlemlenmiştir. Nanokompozitin aktivasyondan sonra her bir dalga boyu ile aktive edilen numunenin TEM-SEM analizleri, antimikrobiyal testleri yapılarak numuneler nanopartikül boyutları, antimikrobiyal aktiviteleri bakımından kıyaslanmıştır.
Farklı dalga boylarıyla AgNP aktivasyonu yapılmış AgNP/CMC/MA/ODA-MMT'nin nanopartikül boyutlarında, LED'lerin enerji değerlerine göre kıyaslandığında; enerjisi yüksek olan LED'in AgNP boyutunun küçük olduğu tespit edilmiştir (AgNP boyut ortalamaları sırasıyla mavi LED ile aktive edilen numunenin 4-6 nm, yeşil LED ile aktive edilen numunenin 6-8 nm ve kırmızı LED ile aktive edilen numunenin 12-14 nm).
Dalga boyunun yani enerjinin aktivasyon süresine etkili olduğu tespit edilmiştir. Enerjisi en yüksek olan LED'in AgNP aktivasyon süresinin daha kısa olduğu ölçülmüştür (ortalama aktivasyon süreleri sırasıyla mavi LED ile aktive edilen numunenin 12 dakika, yeşil LED ile aktive edilen numunenin 18 dakika ve kırmızı LED ile aktive edilen numunenin ise 24 dakikadır).
Antimikrobiyal aktiviteyi gözlemlemek ve konsantrasyonun (2,5 mg/ml, 0,5 mg/ml, 0,1 mg/ml, 0,05 mg/ml, 0,01 mg/ml, 0,005 mg/ml, 0,001 mg/ml, 0 mg/ml) antimikrobiyal aktivite üzerindeki etkisini gözlemlemek için disk difüzyon testi yapılmıştır. Disk difüzyon testinin (Gram negatif E.coli 25922, P.aeruginosa 27853, Gram pozitif E.faecalis 29212 bakterileri ve maya olarak Candida albicans 10231) yapıldığı AgNP/CMC/MA/ODA-MMT'nin antimikrobiyal aktivitesinde numunelerin nanopartikül boyutları yaklaşık olarak aynı olduğu için nanopartikül boyutunun (dalga boyunun) anlamlı bir farklılık yaratmadığı gözlemlenmiştir. AgNP/CMC/MA/ODA-MMT konsantrasyonu yüksek olan numunelerin antimikrobiyal aktivitesinin yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma için antimikrobiyal aktivitede AgNP/CMC/MA/ODA-MMT'nin konsantrasyonun etkili olduğu gözlemlenmiştir.
Çalışmanın sonuçlarına bakarak Covid-19 ile mücadele edilen bu dönemde çevreye zararsız ve kontrollü bir şekilde antimikrobiyal nanomalzeme üretmek için kullanımı kolay, kompakt ve düşük maliyetli bir antimikrobiyal sistem tasarlandığı söylenebilmektedir.

Abstract:
The use of silver nanoparticles as antimicrobials has been increasing in recent years. For this reason, various silver (Ag) carrier polymer structures are formed and silver nanoparticle (AgNP) formation is encouraged by different methods.
The aim of this thesis is; The effect of visible light in three different wavelengths (blue, green, red colors) on the nanoparticle formation in Ag-carrying CMC / MA / ODA-MMT nanocomposite, a low-cost system has been designed for the investigation and monitoring of this activation process. In the literature, no system has been found that can provide activation at 3 different visible wavelengths and show the activation occurred with data. For this reason, a compact and low cost handmade system was designed, activated with visible light in three different wavelengths (green, blue, red colors) for the formation of nanoparticles in Ag-carrying CMC / MA / ODA-MMT nanocomposite, and this activation was carried out with PIN photodiodes were detected and activation times were observed. With the designed system, it was observed that the potential difference was determined during the formation period of AgNPs, while the potential difference was set at the end of the activation process. The potential difference-time curves of the samples activated by blue, green and red LEDs after the nanocomposite activation were analyzed. It was determined that the potential difference taken from all LEDs during activation decreased with the exponential curve against time, and it was observed that the potential difference was set at the end of the activation process. After the activation of the nanocomposite, TEM-SEM analyzes and antimicrobial tests of the samples activated by each wavelength were performed and the samples were compared in terms of nanoparticle sizes and antimicrobial activities.
When nanoparticle sizes of AgNP / CMC / MA / ODA-MMT with different wavelengths are activated compared to the energy values of LEDs; It has been determined that the AgNP size of the LED with high energy is small (the average nanoparticle size is 4-6 nm for the sample activated by the blue LED, 6-8 nm for the sample activated by the green LED and 12-14 nm for the sample activated by a red LED).
It has been determined that the wavelength, i.e. the energy, is effective on the activation time. It was measured that the AgNP activation time of the LED with the highest energy was shorter (average activation times were 12 minutes for the sample activated by the blue LED, 18 minutes for the sample activated by the green LED, and 24 minutes for the sample activated with a red LED, respectively).
To observe antimicrobial activity and concentration (2,5 mg / ml, 0,5 mg / ml, 0,1 mg / ml, 0,05 mg / ml, 0,01 mg / ml, 0,005 mg / ml, 0,001 mg / ml A disk diffusion test was performed to observe the effect on antimicrobial activity (0 mg / ml). In the antimicrobial activity of AgNP / CMC / MA / ODA-MMT where the disk diffusion test (Gram negative E.coli 25922, P.aeruginosa 27853, Gram positive E.faecalis 29212 bacteria and Candida albicans 10231 as fungi) was performed, the nanoparticle sizes of the samples were approximately the same. It has been observed that nanoparticle size (wavelength) does not make a significant difference. It was observed that samples with high AgNP / CMC / MA / ODA-MMT concentrations had high antimicrobial activity. For this study, it was observed that the concentration of AgNP / CMC / MA / ODA-MMT was effective in antimicrobial activity.
Based on the results of the study, it can be said that an easy to use, compact and low cost antimicrobial system was designed to produce antimicrobial nanomaterials in a controlled stage and harmless to the environment in this period, which was struggling with Covid-19.