Koruyucu tıbbi ekipman uygulamaları için antimikrobiyal ve moleküler algılayıcı nitelikte nanoyapılı yüzeylerin geliştirilmesi
Development of nanostructured surfaces with antimicrobial properties and molecular sensing capabilities for protective medical equipment applications
Yazar: FURKAN ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CEYLAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy

Özet:
Zararlı mikroorganizmalar, birçok enfeksiyon ve salgına neden olarak, milyonlarca insanın can kaybına sebep olmuştur. Aynı ekosistemi paylaştığımız bu canlılar, gelecekte tehlikeler oluşturmaya devam edecektir. Şüphesiz bu mikroorganizmalarla mücadele için en etkili yol, henüz bulaşı gerçekleşmeden, onlarla vücut dışında savaşmaktan geçmektedir. Bu amaçla, tez çalışmasında, antimikrobiyal özelliğin ve yüzeyde güçlendirilmiş Raman saçılması (SERS) aracılı mikroorganizma algılayıcılığın birleştirildiği iki farklı platform geliştirilmiştir. Bu platformlardan ilki, süperhidrofobik nitelikte nanoyapılı ve gümüş kaplı yüzeyler olup, > %90 antimikrobiyal etkinlik ve 100 CFU/mL hücre sayısına kadar patojen tespiti yapabilmektedir. Su temas açısı 169° olan bu yüzey, süperhidrofobiklik nedeniyle mikroorganizmaların, kanın ve proteinlerin yapışmasını engellemektedir. Ayrıca bu platform, kana karşı hemo-uyumlu, fibroblast hücre hattına karşı biyouyumludur. Önerilen ikinci platform ise; çevre dostu, sürdürülebilir ve basit üretim imkanı sunan kağıt üzerinde büyütülmüş Ag – CuxO nanoyapılarıdır. Bu platform, > %99,99 antimikrobiyal etkinlik ve 1000 CFU/mL hücre sayısına kadar patojen tespiti yapabilmektedir. Ek olarak, platform, farklı patojenleri ek bir işlem ve etiketleme olmadan %96'ın üstünde doğrulukla otomatik olarak makine öğrenimi algoritmalarıyla tanımlayabilmektedir. Son olarak önerilen iki platform da, gerçekçi koşullar altında mekanik, termal ve kimyasal kararlılığa sahiptir.

Abstract:
Harmful microorganisms have caused many infections and epidemics, resulting in the death of millions of people. These creatures, with whom we share the same ecosystem, will continue to pose dangers in future. Undoubtedly, the most effective way to combat these microorganisms is to fight them outside the body before they are transmitted. In this regard, this thesis focused on synergetic combination of antimicrobial properties and surface-enhanced Raman scattering (SERS) based pathogen-detection capabilities in the same material platform using two different approaches. The first platform consisted of superhydrophobic and nanostructured surfaces coated with silver. This platform has an antimicrobial activity of >90% and can detect pathogens down to 100 CFU/mL cell count. This surface with a water contact angle of 169° prevents the adhesion of microbes, blood and proteins due to its superhydrophobicity. In addition, the platform is hemocompatible against blood and biocompatible against fibroblast cell line. The second platform is Ag – CuxO nanostructures grown via an environment-friendly, sustainable and simple method. This platform has an antimicrobial activity of > 99.99% and can detect pathogens down to 1000 CFU/mL cell count. In addition, the platform enables automatic identification of different pathogens using machine learning algorithms with over 96% accuracy without additional processing and labeling. Finally, the developed platforms exhibited mechanical, thermal and chemical stability under realistic conditions.