Nano/kuantum partikül bazlı yapıların gıda nanoteknolojisi uygulamaları: Mikroplastik kirliliği için nanomagnetik plastikler ve floresan nişasta eldesi
Food nanotechnology applications of nano/quantum particle based structures: Nanomagnetic plastics for microplastic pollution recovery and fluorescent starch
Yazar: FİLİZ SAMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN ARSLAN
İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Modifiye nişasta = Modified starch ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Süperparamanyetik etki = Superparamagnetic effect

Özet:
Bu çalışmada nanoyapıların doğal ve yapay polimerler ile nanokompozit hale getirilerek nanomagnetik ve floresans uygulamaların gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. Mikroplastik kirliliği ciddi boyutlarda etkiye sahip olup özellikle gıda kaynaklı ürünlere geçerek tüketilebilen tehlikeli bir yapay maddedir. Bu yapay maddenin geri dönüşümü için, oluşum metotları ve dağılım yolları incelendiğinde, çözüm önerisi olarak, magnetik duyarlılığı güçlü mıknatıslar ile kontrol edilebilen nanoplastik malzemelerin üretimi fikri ortaya konmuştur. Magnetik özellikleri moleküler boyutlarda kontrol edilebilen magnetik nanopartikül katkılı nanoplastikler üretilerek mikroplastik halinde iken doğaya saçıldıklarında etkin mıknatıslanma ile toplanabilen plastik malzemeler üretilmiştir. Bu amaçla kimyasal ve yüzey özellikleri kontrol edilen manyetit (Fe3O4) nanopartikülleri üretilerek karakterize edilmiş ve maksimum manyetik momente sahip olan nanopartiküller seçilerek, farklı konsantrasyonlarda selüloz asetat polimer çözeltisine ilave edilmiş ve polimer-nanokompozit çözeltisi hazırlanmıştır. Bu çözeltiler elektrospin tekniği ile nanofiber haline dönüştürülerek fiziksel, kimyasal, morfolojik ve atomik analizler gerçekleştirilmiştir. Güçlü mıknatıslarla bu nanomagnetik mikroplastiklerin saptanan oranlarda nanopartikül içerdiğinde, doğadan toplanacak karaktere dönüştürülebildiği gözlenmiştir. Fe3O4 nanopartikülleri çokça kez hücresel boyutta, yüksek miktarlarda negatif etki göstermediğinden mikroplastikler için nanopartikül bazlı bir geri dönüşüm tekniği geliştirilmiştir. Bir diğer çalışmada ise nişastanın floresan barkod niteliği taşıması amaçlanarak Si kuantum partikülleri ile modifikasyonu sağlanmış ve Si kuantum partikülleri farklı konsantrasyon ve süreler kullanılarak nişastanın kimyasal modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Modifiye floresan nişastanın fiziksel ve kimyasal yapısı birçok farklı teknikle kristalinite değişimi ile beraber karakterize edilmiştir. Bu sayede fotolüminesan spektroskopisi analiz sonuçları göstermektedir ki farklı dalga boylarındaki uyarılmalarda modifiye nişasta tıpkı Si kuantum partiküllerinin kendisi gibi belirli bir dalga boyunda emisyona sahip olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak kuantum partikül veya nanopartikül bazlı yapıların çevre ve gıda uygulamalarında moleküler yaklaşımlarla kullanılabildiği ve elde edilen yeni malzemelerin birçok farklı soruna çözüm getirebildiği ortaya konulmuştur.

Abstract:
In this study, it is aimed to realize nanomagnetic and fluorescence applications by making nanostructures nanocomposite with natural and artificial polymers. Microplastic pollution is a dangerous artificial substance that has a serious impact and can be consumed incorrectly, especially in food-borne products. For the recycling of this artificial substance, when the formation methods and distribution ways are examined, the idea of producing nanoplastic materials that can be controlled with magnets with strong magnetic susceptibility has been put forward as a solution proposal. By producing magnetic nanoparticle added nanoplastics, whose magnetic properties can be controlled at molecular dimensions, plastic materials that can be collected by effective magnetization when they are scattered in the nature while in microplastic form have been produced. For this purpose, magnetite (Fe3O4) nanoparticles with controlled chemical and surface properties were produced and characterized and nanoparticles with maximum magnetic moment were selected, added to cellulose acetate polymer solution at different concentrations, and polymer-nanocomposite solution was prepared. These solutions were converted into nanofibers by electrospin technique and physical, chemical, morphological and atomic analyzes were carried out. It has been observed that when these nanomagnetic microplastics contain nanoparticles in determined proportions with strong magnets, they can be transformed into characters to be collected from nature. A nanoparticle-based recycling technique has been developed for microplastics, since Fe3O4 nanoparticles often do not show negative effects at the cellular level in high amounts. In another study, starch was modified with Si quantum particles, aiming to have fluorescent barcode quality, and chemical modification of starch was carried out using Si quantum particles at different concentrations and times. The physical and chemical structure of modified fluorescent starch has been characterized with crystallinity change by many different techniques. In this way, the PL results show that the modified starch has emission at a certain wavelength, just like the Si quantum particles themselves, in excitations at different wavelengths. As a result, it has been revealed that quantum particle or nanoparticle-based structures can be used with molecular approaches in environmental and food applications, and the new materials obtained can provide solutions to many different problems.