Grafen oksit (Go)/polianilin (PANI)/gümüş (Ag) nanokompozit sentezi ve fototermal/antibakteriyel uygulamaları
Graphene oxide (go)/polyaniline (pani)/silver (ag) nanocomposite synthesis and photothermal/antibacterial applications
Yazar: ELİF YÜREKLİ BAYAR
Danışman: PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, çoklu ilaca dirençli bakterilerin fototermal terapi ile yok edilmesi amacıyla hızlı, hassas ve güvenilir sonuç veren çok işlevli yeni bir nano platform geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, biyouyumlu ve geniş yüzey alanına sahip olmasından dolayı grafen oksit, güçlü NIR emilimi ve düşük sitotoksisitesinden dolayı polianilin ve antibakteriyel özelliğinden dolayı gümüş nanoparçacıklar beraber kullanılarak farklı birleşim oranlarında in situ polimerizasyon yöntemiyle ikili ve üçlü nanokompozitler sentezlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitlerin karakterizasyonları yapılarak sulu çözeltilerinin farklı derişimlerde (0.025-0.2 mg/mL) ve farklı güç yoğunluklarında (1.5-2.5 W/cm2) fototermal etkinlikleri incelenmiştir. Monomer miktarının fototermal performansa olan etkisine de bakılmış olup GO-PANI2, GO-PANI4, GO-PANI8, GO-PANI2-Ag0.125 ve GO-PANI4-Ag0.25 nanokompozitlerinin 0.1 mg/mL sulu çözeltilerinin 808 nm dalga boyunda 5 dk NIR lazer ışınlaması sonucunda ulaştıkları maksimum sıcaklık değerleri sırasıyla 1.5 W/cm2 güç yoğunluğunda 61.8, 69.6, 60.3, 64.1 ve 66.6°C ve 2.5 W/cm2 güç yoğunluğunda 77.6, 85.4, 81.3, 78.6 ve 90.6°C olarak belirlenmiştir. Yüksek fototermal etkinliğe sahip GO-PANI4-Ag0.125 nanokompozitinin yüksek fototermal kararlılığa ve fototermal dönüşüm verimine (% 48.9) sahip olduğu saptanmıştır. Sentezlenen nanokompozitler arasından seçilen örneklerin NIR lazer etkisinde E. coli ve B. subtilis üzerinde gösterdiği antibakteriyel aktiviteleri optik yoğunluk ölçüm yöntemi ile belirlenmiştir. Malzemelerden her biri NIR ışığa maruz bırakıldığı durumda bırakılmadığı duruma göre daha yüksek antibakteriyel performans göstermiştir. GO-PANI4-Ag0.125 nanokompoziti E. coli bakterisi üzerinde %99.8, B. subtilis bakterisi üzerinde %80.1 antibakteriyel aktivite göstermiştir. Elde edilen sonuçlar GO-PANI-Ag nanokompozitlerin PANI polimerik yapısının katkısıyla 808 nm dalga boyunda şiddetli absorbansı ve suda kararlı dispersiyonu sayesinde yüksek fototermal performansa ve stabiliteye sahip olduğunu ve potansiyel bir antibakteriyel malzeme olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to develop a new multifunctional nano platform that provides fast, sensitive and reliable results for the destruction of multidrug-resistant bacteria with photothermal therapy. In this context, binary and ternary nanocomposites were synthesized by in situ polymerization method at different combination ratios, using graphene oxide due to its biocompatibility and large surface area, polyaniline due to its strong NIR absorption and low cytotoxicity, and silver nanoparticles due to its antibacterial properties. The prepared nanocomposites were characterized and the photothermal activities of their aqueous solutions were examined at different concentrations (0.025-0.2 mg/mL) and different power densities (1.5-2.5 W/cm2). The effect of monomer amount on photothermal performance was also examined and 0.1 mg/mL aqueous solutions of GO-PANI2, GO-PANI4, GO-PANI8, GO-PANI2-Ag0.125 and GO-PANI4-Ag0.25 nanocomposites were tested with NIR at 808 nm wavelength for 5 min. The maximum temperature values reached as a result of laser irradiation were determined as 61.8, 69.6, 60.3, 64.1 and 66.6°C at 1.5 W/cm2 power density and 77.6, 85.4, 81.3, 78.6 and 90.6°C at 2.5 W/cm2 power density, respectively. It was determined that GO-PANI4-Ag0.125 nanocomposite, which has high photothermal efficiency, has high photothermal stability and photothermal conversion efficiency (48.9%). The antibacterial activities of selected samples among the synthesized nanocomposites on E. coli and B. subtilis under the influence of NIR laser were determined by the optical density measurement method. Each of the materials showed higher antibacterial performance when exposed to NIR light than when not exposed. GO-PANI4-Ag0.125 nanocomposite showed 99.8% antibacterial activity on E. coli bacteria and 80.1% antibacterial activity on B. subtilis bacteria. The results obtained showed that GO-PANI-Ag nanocomposites have high photothermal performance and stability and can be a potential antibacterial material, due to their strong absorbance at 808 nm wavelength and stable dispersion in water, as well as to the contribution of the PANI polymeric structure.