Canlı bakteri enkapsüle edilmiş polietilen oksit nanofiber matların reaktif boyar madde gideriminde kullanımı
Long-term storage and reusability of living bacteriaencapsulated polyethylene oxide nanofiber mats for reactive dye removal
Yazar: İMRE TÜZÜN
Danışman: PROF. DR. NALAN OYA SAN KESKİN
Ankara Hacı Bayram Veli Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyoremediasyon = Bioremediation ; Boyar maddeler = Dyestuffs ; Elektrospinning = Elektrospinning ; Enkapsülasyon = Encapsulation ; Nanolif = Nanofiber

Özet:
Gıda sektöründen çevresel uygulamalara kadar, biyolojik maddelerin nanofiberler içine kapsüllenmesi yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Özellikle biyoremediasyon süreçlerinin geliştirilmesi ve sürdürülebilir hale getirilmesi için, tekstil atık sularının arıtımında kullanılabilecek, canlı mikroorganizmalar içeren maliyeti etkin nanomalzemelerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, bakterilerle kapsüllenmiş polietilen oksit (PEO) nanofiberler (Nf) elektrospin yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) görüntüleri, PEO nanofiberlerin boncuksuz ve homojen bir dağılıma sahip olduğunu gösterirken, bakteri kapsüllemesi sonrası nanofiberlerde genişlemelerin meydana geldiği gösterilmiştir. Elektrospin öncesinde polimerde canlı bakteri sayısı 10¹⁰ kob/mL iken, işlem sonrasında nanofiberde kapsüllenmiş canlı bakteri sayısı 10⁸ kob/mL olarak sayılmıştır. Bu durum, elektrospin işlemi sonrasında nanofiberlerin çok yüksek bir bakteri yükü taşıyabildiğini göstermekte olup, bu bulgu Floresan mikroskobu görüntüleriyle de desteklenmiştir. Ayrıca ATR-FTIR analizleri, PEO nanofiberleri ile bakteriler arasındaki moleküler etkileşimleri doğrulamıştır. PEO-bakteri nanofiberlerin boyar madde giderim etkinliği, 5 ppm boya konsantrasyonunda %26,6 ± 0,3; ve 20 ppm boyar madde konsantrasyonunda ise %9 ± 0,1 olarak ölçülmüştür. +4 °C'de depolanan bakteri enkapsüle edilen nanofiberlerin, 60 günden daha uzun bir süre boyunca canlılıklarını koruduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın ileri aşamalarında, bakterilerin elektrospin yoluyla üretilen nanofiberler içerisindeki ömrünü uzatmak amacıyla, toksik olmayan kalsiyum iyonları kullanılarak yapılan çapraz bağlama yaklaşımları araştırılmıştır. Bu kapsamda, üretilen kompozit nanofiber matlarının 4 döngüde tekrar kullanımı sağlanmıştır.

Abstract:
From food to environmental applications, the encapsulation of bio-objects in nanofibers is widely used. In particular, for improved and sustainable performance of bioremediation, the system requires the development of cost-effective nanomaterials that containing living microorganisms for textile wastewater treatment is required. Here, bacteria-encapsulated polyethylene oxide (PEO) nanofibers (Nfs) were prepared by electrospinning. According to the Scanning Electron Microscope (SEM) images, PEO-Nfs show bead-free morphology and homogeneous distribution, while random expansions are observed in the nanofibers after bacterial encapsulation. While the number of live bacteria in the polymer before electrospinning was 1010 CFU/mL, the number of live bacteria encapsulated after spinning was 108 CFU/mL. This proves that nanofibers carry a very high number of bacteria after electrospinning which is supported by Fluorescence microscope images. Furthermore, an ATR-FTIR study confirmed the molecular interactions between PEO and bacteria in the nanofibers. The removal efficiency of PEO_bacteria-Nfs was 26.6 ± 0.3% at 5 ppm and 9 ± 0.1% at 20 ppm dye concentration. Under storage conditions of +4 °C, the bacteria-encapsulated in PEO-Nfs show cell viability for more than 60 days. In order to extend the research on bacteria-encapsulated polymer Nfs, we explored the possibility of extending the life of bacteria in electrospun Nfs by crosslinking approaches using non-toxic calcium ions. The composite Nf mats were therefore reused for up to 4 repeated cycles.