ZnO (çinko oksit) nanoçubuk temelli glukoz biyosensörlerin araştırılması
Investigation of ZnO (zinc oxide) nanorods based glucose biosensors
Yazar: SELİN SARITAN
Danışman: DOÇ. DR. FEYZA ÖKE ALTUNTAŞ ; PROF. DR. HAKAN ÇOLAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Nanoteknoloji nanoboyutlu malzemelerin üretilmesi ve çeşitli uygulama alanlarında kullanılması ile ilgilenen bir bilim dalıdır. Nanoteknolojinin gelişimi ile birlikte biyosensörlerde nanoboyutlu malzemeler kullanılmaya başlamıştır ve nanobiyosensörler geliştirilmiştir. Nanobiyosensörler küçük boyutları sayesinde daha önce ulaşılamayan verilere erişim sağlar ve bu sayede geçmişte mümkün olmayan uygulamalar gerçekleştirilebilir. Ayrıca nanobiyosensörler hastalıkları erken evrelerde tespit edebilir ve şeker hastalığı (Diabetes mellitus) gibi sürekli takip edilmesi gereken hastalıklarda kullanımı hayati öneme sahiptir. Bu çalışmada sol-jel yöntemi ile cam alttaşlar üzerinde farklı döngülere sahip ZnO tohum katmanları oluşturulmuştur ve bunların üzerinde hidrotermal yöntem kullanılarak ZnO nanoçubuklar büyütülmüştür. Tohum katmanlarının ve ZnO nanoçubukların morfolojisi ve yapısal karakterizasyonu, alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve x-ışını kırınım (XRD) teknikleri ile incelenmiştir. Ayrıca farklı biriktirme döngülerine sahip tohum katmanlarının ZnO nanoçubukların optik özellikleri üzerindeki etkisi UV-görünür spektrofotometre ve fotolüminesans (PL) ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Her tohum katmanında dislokasyon yoğunluğu, gerinim, kristalit boyutu ve optik bant aralığı gibi optik ve yapısal parametrelerdeki değişiklikler incelenmiştir. En yüksek optik bant aralığı ve kristalit boyutu sırasıyla 3,22 eV ve 63,6 nm olarak 4 döngü tohum katmanına sahip ZnO nanoçubuklarda elde edilmiştir. Ayrıca PL spektrumunda UV emisyon bölgesinin zayıf görünür emisyon bölgesine en büyük oranı 4 döngüye sahip ZnO nanoçubuklarda gözlenmiştir. ZnO nanoçubukların glukoz tespit özellikleri ise 4 döngüye sahip ZnO nanoçubuklar kullanılarak incelenmiştir ve glukoz konsantrasyonu 8 mM'dan 40 mM'a arttıkça ZnO nanoçubukların UV emisyon pik şiddetinin azaldığı gözlenmiştir. Sonuçlar, tohum katmanlarının biriktirme döngü sayılarının, büyüyen ZnO nanoçubukların morfolojisi, kristal kalitesi ve optik bant aralığı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. ZnO nanoçubukların büyütülmesi için elde edilen sonuçlar ile daha iyi glukoz algılama yapabilecek nanoçubukların üretilebileceği ve glukoz biyosensörlerinde uygulanabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Nanotechnology is a branch of science that deals with the production of nanosized materials and their use in various application areas. With the development of nanotechnology, nanosized materials began to be used in biosensors and nanobiosensors were developed. Thanks to their small size, nanobiosensors provide access to previously inaccessible data and thus applications that were not possible in the past can be realized. Also, nanobiosensors can detect diseases in the early stages and their use is vital in diseases that require constant monitoring, such as diabetes (Diabetes mellitus). In this study, ZnO seed layers with different cycles were created on glass substrates by the sol-gel method, and ZnO nanorods were grown on them using the hydrothermal method. The morphology and structural characterization of seed layers and ZnO nanorods were studied by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and x-ray diffraction (XRD) techniques. Also, the effect of seed layers with different deposition cycles on the optical properties of ZnO nanorods was examined by UV-visible spectrophotometer and photoluminescence (PL) measurements. The changes in optical and structural parameters such as dislocation density, strain, crystallite size, and optical band gap were examined in each seed layer. The highest optical band gap and crystallite size were obtained in ZnO nanorods with 4 cycles seed layer, as 3.22 eV and 63.6 nm, respectively. In addition, the largest ratio of the UV emission region to the weak visible emission region in the PL spectrum was observed in ZnO nanorods with 4 cycles. The glucose detection properties of ZnO nanorods were examined using ZnO nanorods with 4 cycles, and it was observed that the UV emission peak intensity of ZnO nanorods decreased as the glucose concentration increased from 8 mM to 40 mM. The results showed that the deposition cycle numbers of the seed layers has a significant effect on the morphology, crystal quality, and optical band gap of the growing ZnO nanorods. With the results obtained for the growth of ZnO nanorods it has been shown that nanorods with better glucose detection can be produced and applied in glucose biosensors.