Yüzeyi modifiye edilmiş nanopartiküllerin arayüzey özellikleri: Yüzey aktif malzemeler
Interfacial properties of the surface patterned nanoparticles: Surface active materials
Yazar: BİHTER DAĞLAR
Danışman: DOÇ. DR. NİHAL AYDOĞAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Hidrofobik etkileşimler = Hydrophobic interactions ; Lipidler = Lipids ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Altın nanopartiküller elektriksel, kimyasal ya da optik özellikleri nedeni ile son yıllarda birçok bilimsel çalışmada kullanılmaktadır. Bu çalışmalar içinde, altın partiküllerin belirli yüzeylere olan seçiciliğini arttırmak amaçlı yüzey modifikasyonları ön plana çıkmıştır. Bu çalışma dahilinde farklı yüzey özelliklerine sahip altın nanopartiküller sentezlenmiştir. Bu işlem için farklı karakteristik yapılarda moleküller yüzey kaplamasında kullanılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde, DT (dodekantiyol) ile hidrokarbon yapılı hidrofobik, PFDT (perflorodekantiyol) ile florokarbon yapılı hidrofobik ve MSA (merkaptasüksinik asit) ile pH duyarlı hidrofilik altın nanopartiküller sentezlenmiştir. Elde edilen altın nanopartiküllerin çaplarının 2-5 nm boyut aralığında değişmekte olduğu tespit edilmiştir. Boyut analizi UV-vis Spektrometresi, LS (Işık Saçınımı) ve TEM (Geçirmeli Elektron Mikroskobu) ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kimyasal bağ ve yapı analizleri FTIR (Fourier Transform Infrared Spektroskopisi), TGA (Termogravimetrik Analiz ) ve NMR (Nükleer Manyetik Rezonans) analizleri ile desteklenmiştir. DT kaplı altın nanopartiküllere ait organik kütle miktarı yaklaşık % 28 ve % kaplanma oranı %55 dolaylarında olduğu belirlenmiştir. Florokarbon kaplı altın nanopartiküllerin yüzey kaplamaları, sentez yönteminin geliştirilmesiyle arttırılmış ve TGA analizleri ile %57,954 oranında organik kütleye sahip oldukları belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, hibrit DT/PFDT kaplı altın nanopartiküller, yer değiştirme reaksiyonları kullanılarak sentezlenmiş ve kimyasal karakterizasyonları FTIR ve TGA analizleri ile incelenmiştir. Elde edilen altın nanopartiküllerin hava/su ara yüzeyinde davranışları incelenmiştir. DT/PFDT, 3/1 oranında kaplı partiküllerin DT yoğunluğunun fazla olması nedeni ile tek başına DT kaplı partiküllerin vermiş olduğu tepkiyi vererek, zamanla hava/su ara yüzeyinde kümeleştikleri bulunmuştur. DT/PFDT, 2/1 oranında sentezlenen hibrit partiküllerin yüzeylerinde zamanla ligant göçlerinin gerçekleştiği saptanmıştır. DT/PFDT, 1/1 başlangıç oranında sentezlenen partiküller için ise zamanla hava/su ara yüzeyinde kümeleşmeye uğradıkları belirlenmiştir. Sonuç olarak, sentez başlangıç oranları ile tutarlı partiküllerin elde edildiği tespit edilmiştir. Bu kapsamda yapılan diğer bir çalışmada, DT ve PFDT kaplı partiküllerin yüzeylerinde, ligant yoğunluğunun kontrol edilebilmesi amacı ile LB cihazı kullanılarak hava/su ara yüzeyinde DT/PFDT kaplı janus nanopartikülleri sentezlenmiş ve XPS ile kimyasal yapıları analizlenmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünde, farklı özelliklere sahip nanopartiküllerin, fosfolipit tekli ve ikili tabakası ile etkileşimleri gerçekleştirilmiştir. DPPC (Dipalmitolfosfatidilkolin) fosfolipiti tekli tabakası ile altın nanopartiküllerin etkileşimleri LB (Langmuir Blodgett)'de hava/su ara yüzeyinde gerçekleştirilmiştir ve katı destek üzerine aktarılan tabakalar AFM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) ile incelenmiştir. PFDT kaplı partiküllerin DPPC tekli tabakası ile etkileşime geçmekten kaçınarak adacıklar oluşturduğu, DT kaplı partiküllerin PFDT kaplı partiküllerden daha iyi sonuç vermesine rağmen yine de kendi içlerinde adacıklar oluşturduğu, MUD (Merkaptoundekanol) moleküllerinin özelliklerinin kazandırıldığı laboratuvarımızda sentezlenen DT/MUD kaplı hibrit altın nanopartiküllerin ise DPPC tekli tabakası ile etkileşime geçtiği, elde edilen DPPC adacıklarının dağılımlarının ve tabaka pürüzlülüğünün incelenmesi ile belirlenmiştir. MSA kaplı hidrofilik altın nanopartiküllerin DPPC tekli tabakası ile etkileşimi, AFM görüntüleri ile saptanmakla beraber, yüzey basıncına karşı alan izotermlerinin incelenmesi ile de desteklenmiştir. Altın nanopartiküllerin DPPC ikili tabakası ile olan etkileşimleri, özellikle kontrollü ilaç taşınım sistemlerinde kullanımlarını incelemek amacıyla DPPC vezikülleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan veziküllerin yarıçaplarının 10 ile 100 nm arasında değiştiği TEM görüntüleri ve LS ölçümleri ile belirlenmiştir. DT, PFDT ve DT/PFDT kaplı partiküllerin vezikül çeperleri içerisine yerleşmekle beraber kendi içlerinde de kümeleşme yatkınlığının daha baskın olduğu, DT/MUD kaplı hibrit partiküllerin DPPC vezikül çeperi içerisine direkt olarak yerleştikleri, hidrofilik MSA kaplı partiküllerin veziküller tarafından kapsüle edildiği ve uygulanan yönteme göre vezikül dış yüzeyi ile etkileşime geçtiği TEM görüntüleri ile belirlenmiştir. PFDT kaplı partiküller, florokarbonlar arası etkileşimlerin daha baskın olmasından dolayı partiküllerin çoğunluğu, DPPC veziküllerinin hidrokarbon yapılı hidrofobik çeperlerine yerleşmeyi reddederek kendi aralarında kümeleşmişlerdir. PFDT kaplı partiküllerin vezikül çeperleri içerisine alımlarını sağlamak amacıyla, DPPC ile laboratuvarımızda daha önce sentezlenmiş katyonik ve hibrit yapıdaki C33H53F17N+I- molekülü kullanılarak, yeni veziküller sentezlenmiştir. Elde edilen DPPC/ C33H53F17N+I- veziküllerinin mol oranı, 7/3 olarak LS ve TEM görüntüleri ile belirlenmiştir. PFDT kaplı partiküllerin, elde edilen hibrit vezikül çeperlerine yerleşimleri, vezikül yapısına C33H53F17N+I- moleküllerinin kazandırılması ile başarılı olmuş ve TEM ölçümleri ile kanıtlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Nanopartikül, Lipit, Hidrofobik Hidrofilik Etkileşimler

Abstract:
In recent years, gold nanoparticles are used in several scientific studies owing to their electrical, chemical or optical properties. Among these studies, surface modifications come into prominence with the aim of increasing the selectivity of gold particles to specific surfaces. In this study, gold nanoparticles with different surface properties are synthesized. In order to obtain different surface properties, molecules with different characteristic structures are used for surface coverage. At the first part of this study, hydrocarbon structured hydrophobic gold nanoparticles with DT (dodecanethiol), fluorocarbon structured hydrophobic gold nanoparticles with PFDT (perfluordecanethiol) and pH ? sensitive hydrophilic gold nanoparticles with MSA (mercapto succinic acid) are synthesized. It is determined that the diameters of the synthesized gold nanoparticles vary between 2 and 5 nm. The size determinations are achieved by UV-vis (Ultraviolet Spectrometer), LS (Light Scattering) and TEM (Transmission Electron Microscopy) measurements. Also, chemical bond and structure analysis are supported by FTIR (Fourier Transform Infrared), TGA (Thermogravimetric Analysis) and NMR (Nucleer Magnetic Resonances) analysis. The organic mass content for the DT coated gold nanoparticles are obtained approximately as 28% and the percent coverage ratio is determined as 55%. Surface coverage of the fluorocarbon coated gold nanoparticles is increased with improved synthesis method and from the TGA analysis, the organic mass amount for these particles are determined as 57,954%. At the second part of the study, hybrid gold nanoparticles are synthesized with exchange reactions and their chemical characterizations were examined by FTIR and TGA analysis. The interfacial behavior of the obtained gold nanoparticles is investigated at the air/water interface. Owing to the excess amount of DT at DT/PFDT coated particles with the ratio of 3/1, it is determined that the particles resembled the DT coated particles and aggregated at the air/water interface. For the DT/PFDT coated particles with the ratio of 2/1, it is determined that the ligand immigrations at the surface of the gold nanoparticles were occurred. For the DT/PFDT coated particles with the initial ratio of 1/1, particles are aggregated respect to time at the air/water interface. As a conclusion, it is confirmed that the particles are consistent with the initial ratio of synthesis. At another study which has the same scope, DT/PFDT coated janus nanoparticles are synthesized at the air/water interface using the Langmuir ? Blodgett (LB) Minitrough, in order to control the ligand package over the particle surface and then the chemical structures of the synthesized nanoparticles are investigated by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). At the third part of the study, interactions between the nanoparticles (which have different properties) and phospholipid monolayer/bilayer are performed. Interactions of the DPPC (dipalmitoylphophatidycholine) phospholipid monolayer with gold nanoparticles are implemented at the air/water interface using LB and layers which have been transferred to a solid substrate are analyzed using AFM (Atomic Force Microscope). It is obtained that the PFDT coated particles do not to interact with DPPC monolayer and form islands, although the DT coated particles had resulted better than the PFDT coated particles, they also develop islands, that the hybrid DT/MUD (mercaptoundecanol) coated particles which are synthesized by our laboratory and contains the properties of MUD molecules, interact with the DPPC monolayer, is determined as the examination of DPPC island distributions and roughness of layers. The interaction of the MSA coated hydrophilic gold nanoparticles with DPPC monolayer is established by AFM images and also this result is supported with the investigation of surface pressure versus area isotherms. The interactions of the gold nanoparticles with DPPC bilayer is investigated using DPPC vesicles, with the scope of their usage at the controlled drug release systems. It is supported with the TEM images and LS measurements that the obtained vesicles have unilamaller structures and their radius vary between 10 and 100 nm. It is identified from the TEM images that; DT, PFDT and DT/PFDT coated particles both locate into vesicle boundaries and aggregate within themselves. Also, it is determined that the DT/MUD coated hybrid particles locate directly into the boundary of DPPC vesicles. Moreover, it is obtained that, the hydrophilic MSA coated particles are encapsulated by the vesicle and they interact with the outer surface of the vesicle according to applied method. As a result of the domination of interaction between the fluorocarbons, PFDT coated particles had refused to locate in the hydrocarbon structure of hydrophobic boundary of DPPC vesicle and aggregated within themselves. In order to provide the location of PFDT coated particles within the boundaries of vesicles, a cationic hybrid C33H53F17N+I- molecule, which is pre-synthesized by our laboratory and DPPC is used for the synthesis of new vesicles. Mole ratio for DPPC/C33H53F17N+I- vesicles is determined as 7/3 from the LS and TEM images. The location of PFDT coated particles into the hybrid vesicle boundary is achieved by including the C33H53F17N+I- molecule into vesicle structure and this is also proved by TEM measurements.Keywords: Nanoparticle, lipids , hydophilic hydrophobic interactions