Femtosaniye lazerle metalik nanoyapıların oluşturulması ve biyolojik uygulamaları
Formation and biological applications of metallic nanostructures produced by femtosecond laser
Yazar: ERHAN AKMAN
Danışman: PROF. DR. ARİF DEMİR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Lazerler = Lasers ; Nano yapı = Nano structure ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Lazer ile malzeme arasındaki etkileşmenin, malzemenin özelliklerinde diğer araçlarla elde edilemeyen kalıcı değişimlere neden olduğu bilinmektedir. Son yıllarda çok kısa atım uzunluğuna (femtosaniye) sahip Ti:Safir lazerlerin gelişimiyle lazerle mikro/nano işlemeye olan ilgi daha da artmıştır. Lazerler kullanılarak malzeme yüzeylerinde oluşturulan mikro ve nano yapılar ile işlevsel yüzeylerin elde edilmesi ve bu yüzeylerin biyolojik uygulamaları son dönemde üzerinde yoğun araştırmalar gerçekleştirilen çalışmalar arasındadır. Bu araştırmaların ana hedefini bir hücrenin belirli bir şekilde hücresel davranışını etkileyen biyomalzemelerin üretimi oluşturmaktadır. Lazer aşındırma yöntemiyle metalik hedeflerden nanoparçacık üretimi de, elektronik, optik, manyetizma, biyomedikal ve elektrokimya alanlarında uygulamaları olan önemli bir araştırma konusudur. Bu çalışmaların ana hedefi, malzemelerin nano-boyuta indirgenmesi ile fiziksel ve kimyasal özeliklerinde meydana gelen değişimlerin incelenmesi ve uygulamalarda kullanılmasıdır.Bu tezde, femtosaniye atım uzunluğuna sahip lazer kullanılarak mikro ve nano ölçekte malzeme işlemeleri gerçekleştirildi. Paslanmaz çelik (316L) malzemelerin yüzeylerinde gerçekleştirilen modifikasyonlarla, yüzeylerin su tutmazlık özeliği arttırıldı. Yüzeylerde oluşturulan mikro/nano yapılar ile implant olarak kullanılabilirliği olan paslanmaz çelik malzemelere kemik öncülü kök hücrelerin tutunma ve büyüme koşullarının iyileştirilmesi üzerine çalışmalar geliştirildi. Görünür bölgede ortaya çıkardıkları keskin ve belirgin optik özeliklerinden dolayı biyo-algılama ve görüntüleme işlemlerinde uygulama bulan altın ve gümüş nanoparçacıkların sıvı ortamında lazer ile üretimi ve karakterizasyon işlemleri gerçekleştirildi. Lazerle metal hedefin etkileşimi sonucu üretilen nispeten büyük boyutlu altın ve gümüş nanoparçacıklara farklı dalgaboylarında lazer demetinin ikinci kez uygulanması ile nanoparçacıkların boyutlarının küçültülmesi sağlandı.Anahtar kelimeler: Biyo-malzemeler, Lazer ile yüzey işleme, Lazer ile nanoparçacık üretimi, Metalik nanoparçacıklar, Yüzey plazmon rezonansı.

Abstract:
It is known that the interaction between laser and material causes permanent changes which cannot be obtained through other instruments in material characteristics. There has been much concern recently in micro/nano processing with laser as a result of development of Ti:Sapphire lasers with ultra short pulse length (femtosecond). Lately, obtainment of functional surfaces through micro and nano structures which are formed on material surfaces using lasers and biological applications of these surfaces are among top research subjects. Production of biomaterials which are effected on cellular behaviour of cells is the primary aim to achieve this goal. Another important research area of the laser ablation process is the production of nanoparticles from metal targets because of potential applications of it in new materials, biomedical sciences, electronics, optics, magnetism, energy storage and electrochemistry fields. New properties of materials are tried to be obtained through nano-sized studies. The main objective of this study is the investigation and use in applications of physical and chemical properties which change when the materials are reduced to the nano scales.In this study, micro and nano sized material processing was carried out using femtosecond pulse length laser. Hydrophobic property of 316L stainless steel surfaces was increased with the laser treatment. The adhesion and the enlargement of the bone stem cell was developed creating micro and nano structure on the stainless steel surface which can be used as an implantation material. Production and characterization processes of gold and silver nanoparticles using ultrashort laser in liquid environment which are applicable in bio-sensing and imagining due to their sharp and clear optic properties in visible region were performed. The sizes of nanoparticles were decreased applying the laser beam for the second time in different wavelengths to the gold and silver nanoparticles which are relatively produced bigger form the metal target.Keywords: Bio-materials, Laser surface processing, Laser produced nanoparticle, Metallic nanoparticles, Surface plasmon resonance.