Biyomedikal uygulamalar için yüksek verimli CoFe nanoparçacıkları
High efficiency CoFe nanoparticles for biomedical applications
Yazar: BANU USLUOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. TELEM ŞİMŞEK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hipertermi = Hyperthermia ; Manyetik nanopartiküller = Magnetic nanoparticles ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Çağımızın en yaygın hastalıklarından biri olan kanserin tedavisinde kemoterapi, radyoterapi ve cerrahi gibi yöntemler kullanılmaktadır.Ancak bu geleneksel yöntemler, tümör dokusu ile birlikte sağlıklı dokulara da zarar vermektedir.Bu durum kanser hastalığında kullanılabilecek alternatif tedavi yaklaşımlarına olan ilgiyi arttırmaktadır.Manyetik hipertermi tekniği, kanser tedavisinde kemoterapi ve radyoterapi uygulamalarının verimliliğini arttırabilecek bir yöntemdir.CoFe nanoparçacıkları yüksek doyum mıknatıslanması, düşük koerzivite ve yüksek Curie sıcaklıkları ile manyetik hipertermi uygulamalarında verimli şekilde kullanılma uygun özelliklere sahip bir malzemedir.Ancak nano büyüklüklerde, CoFe nanoparçacıkları kararlı değildir ve hızla oksitlenirler.Ayrıca CoFe nanoparçacıkları, vücut içerisinde toksik etki gösterebilir.Bu sorunlar nanoparçacıkların uygun bir malzeme ile kaplanması ile çözülebilir.Bu kapsamda bu tez çalışmasında, manyetik hipertermi uygulamalarında yüksek verimlilikte kullanılabilecek grafitik bir kabuk kaplı CoFe nanoparçacıkları üretildi. CoFe nanoparçacıkları, eş atomik oranlarda Co ve Fe tozlarının mekanik öğütme tekniği ile öğütülmesi sonucunda alaşımlanması ile sentezlendi.Mekanik öğütme işlemi 2 ila 40 saat aralığında değişen farklı sürelerde gerçekleştirilerek, farklı büyüklüklerde CoFe nanokristalleri elde edildi.Ardından üretilen tozlar grafit ile tekrar öğütülerek vakum ortamında ve 600°C'de ısıl işleme maruz bırakılarak grafitik kabuk kaplı tozlar üretildi.Örneklerin yapısal analizleri X-ışını kırınımmetresi, taramalı elektron mikroskobu, ve Raman Spektroskopisi kullanılarak yapıldı.Örneklerin manyetizasyon ölçümleri ise titreşimli örnek manyetometresi ile oda sıcaklığında ve ±3 T aralığında dış manyetik alan uygulanarak gerçekleştirildi.Sentezlenen örneklerin 200 emu/g civarında yüksek doyum mıknatıslanması ve düşük koerzivite ile yumuşak ferromanyetik özellik gösterdiği belirlendi. Üretilen örneklerin manyeto-ısıl ölçümlerinden öz soğurma oranları hesaplanarak manyetik hipertermi verimlilikleri araştırıldı. Elde edilen bu sonuçlar grafitik kabuk kaplı CoFe nanokristallerin manyetik hipertermi uygulamaları için verimli bir aday olduğunu göstermektedir.

Abstract:
One of the most common diseases of our era, cancer, is treated using methods such as hemotherapy, radiation therapy and surgery.However, these conventional methods also cause damage to healthy issues along with tumor tissue.This challenge has increased interest in alternative treatment  approaches for cancer.Magnetic hyperthermia is a method that can enhance the effectiveness of hemotherapy and radiation therapy in cancer treatment. CoFe nanoparticles, with their high saturation magnetization, low coercivity, and high Curie temperatures are suitable materials for efficient use in magnetic hyperthermia applications.However at the nano scale, CoFe nanoparticles are not stable and oxidize rapidly.Additionally, CoFe nanoparticles can exhibit toxic effects in the body.These problems can be solved by coating the nanoparticles with a suitable material.In this context, this thesis study aimed to produce graphitic shell-coated CoFe nanoparticles that can be used with high efficiency in magnetic hyperthermia applications.CoFe nanoparticles were synthesized by alloying Co and Fe powders in equiatomic ratios through mechanical milling.The mechanical milling process was carried out for different durations ranging from 2 to 40 hours to obtain CoFe nanocrystals of different particle sizes. The produced powders were then milled again with graphite powder and subjected to heat treatment in a vacuum environment at 600 °C to produce graphitic shell-coated powders.Structural analysis of the samples was performed using X-ray diffraction, scanning electron microscope and Raman spectroscopy. The magnetization measurements of the samples were carried out at room temperature using a vibrating sample magnetometer with an applied external magnetic field of ±3 T. The synthesized samples were found to have high saturation magnetization (~200 emu/g) and low coercivity, indicating soft ferromagnetic properties. The magnetic hyperthermia efficiencies of the as-produced samples were investigated by specific absorption rates calculated from the magneto-thermal measurements.. These results demonstrate that graphitic shell-coated CoFe nanocrystals are efficient candidates for magnetic hyperthermia applications.