GOx ve AOX enzimleri ile pirinç, bakır, alüminyum ve paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik nanobiyo-işlemesi
GOx and AOX enzymes as a tool for enzimatic nanobio-machining of brass, copper, aluminium and stainless steel workpieces
Yazar: ASGHAR LESANI
Danışman: PROF. DR. HAMİT AKBULUT ; PROF. DR. HAYRUNNİSA NADAROĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Çalışmada pirinç, bakır, alüminyum ve paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik nanobiyo-işlemesi yapıldı. Bu işleme yönteminde iki farklı enzim; glukoz oksidaz (GOx) ve alkol oksidaz (AOX) işleme aracı olarak kullanıldı. Enzimatik işlemenin temeli oksijen ortamında enzim ve substrat arasında gerçekleşen kimyasal tepkime esnasında hidrojen peroksitin (H2O2) yerinde üretimi ve ardından reaksiyon ortamında bulunan Fe2+ iyonlarının H2O2 ile Fe3+'e yükseltgenmesine dayalıdır ve biyo-Fenton reaksiyonu olarak tanımlanmaktadır. Bioreaksiyon ortamında bulunan metal iş parçalarının oksidasyonu üretilen Fe3+ iyonları tarafından sağlanmaktadır. Böylece bir işleme çevrimi gerçekleşmektedir. Bu çalışmada; enzimatik işlemeyi etkileyen parametrelerin (pH, sıcaklık, zaman, enzim miktarı vb.) biyo-işleme üzerine etkisi araştırıldı ve en uygun koşullar belirlendi. Yapılan enzimatik işlemenin metal iş parçaları üzerine etkisini gözlemlemek için SMRR miktarı, ayrıca yüzey morfolojileri ve yüzeyde oluşan pürüzlülük miktarları SEM ve AFM analizleri yapılarak belirlendi. Elde edilen sonuçlar metal parçalarının geleneksel yöntemlerle (HCl, H2SO4 ve H2O2) yapılan biyo-işleme sonuçlarıyla karşılaştırıldı. Paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik işlemeye bütün koşullar altında direnç gösterdi ve yüzeylerinde her hangi bir biyo-işlemenin gerçekleşmediği belirlendi. Tüm metal iş parçalarının enzimatik işlenmesinde; GOx enzimi AOX enzimine göre daha etkili işleme gerçekleştirdiği ve işleme koşullarında daha dayanıklı olduğu tespit edildi. Sonuçlara göre; GOx ve AOX enzimleriyle yapılan biyo-işlemeler, metallerin yüzeyinde herhangi bir tahribata neden olmadan üniform bir şekilde metal kaldırmayı gerçekleştirdiği, geleneksel yöntemlerle yapılan işlemede metal yüzeylerinin büyük ölçüde tahrip olduğu belirlendi. Ayrıca, enzimatik işleme sonucunda iş parçalarının yüzey morfolojisinin kontrol numuneye daha fazla benzerlik gösterdiği belirlendi.

Abstract:
In this study the enzymatic nano-biomachining of brass alloy, copper, aluminium and stainless steel was performed. In this method the glucose oxidase (GOx) and alcohol oxidase (AOX) enzymes used as a machining tool for the first time. The base of enzymatic machining is the insitu production of hydrogen peroxide (H2O2) during the chemical reaction between the enzyme and the substrate in the presence of oxygen. The produced hydrogen peroxide then oxidizes Fe2+ ions in the reaction medium to Fe3+ ions. This Fe3+ ions able to biomachining on the metals workpiece presence in the bio-reaction medium. In this way, an oxidation/reduction cycle is created between the metal workpiece and the iron ions present in the machining medium. The effect of some important parameters effected on biomachining of metals such as pH, temperature, time, GOx and AOX amount and etc. were investigated and the optimal values of these variables were obtained by performing different experiments.
In order to observe the effect of the enzymatic machining at the end of the bio reaction, the value of SMRR and also the surface morphology and the roughness on the surface of workpiece were analyzed by SEM and AFM. The obtained results were compared with the results of the machining with conventional methods (HCl, H2SO4 and H2O2). According to the results, biomachining with GOx and AOX enzymes were performed uniformly on the metal surface without any destruction, and the surface morphology of the workpieces is more similar to the control sample. Stainless steel workpieces showed resistance under all conditions to the enzymatic biomachining and no bio-machining occurred on their surface. GOx enzyme performed more efficient processing than AOX enzyme and was found to be more durable to machining conditions.