Polimer temelli katalitik nanomotorların hazırlanması ve uygulamaları
Preparation of polymer-based catalytic nanomotors and their applications
Yazar: HİLMİ KAAN KAYA
Danışman: PROF. DR. FİLİZ KURALAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Hücre dizisi = Cell line ; Meme neoplazmları = Breast neoplasms ; Nanomotorlar = Nanomotors ; Neoplazmlar = Neoplasms

Özet:
Sentetik nanomotorlar ya da diğer bir deyişle nanomakineler enerjiyi harekete çevirme kabiliyetine sahip moleküler veya nano ölçekteki yapılardır. Hareket özelliğine sahip olan bu yapılar, istenilen özelliklerin sağlanabilmesi adına boyut olarak büyütülebilir ve bu nedenden ötürü nanomotor veya mikromotor adlandırmaları sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Nanoteknoloji alanındaki hızlı gelişmelerin sonucu olarak çok küçük ölçekli motor yapılarının sentezi (üretimi veya fabrikasyonu) ve uygulamaları oldukça ilgi çekici konulardan biri olmuştur. Biyomedikal alan, görüntüleme teknolojileri, nanotıp, nano ölçekli taşıma, çevre ve akışkan sistemler gibi farklı alanlarda nanomotorların kullanımı söz konusudur. Bu özel yapılar hareket mekanizmaları temel alınarak genel olarak Katalitik (Yakıtlı) ve Yakıtsız Nanomotorlar olmak üzere iki ana sınıfa ayrılmaktadırlar. Sentetik nanomotorlar arasında kimyasal bir yakıt varlığında hareket ettirilen yapılar oldukça yoğun çalışılmaktadır. Bu grup nanomotorlar yüksek hızlara sahip olup düşük derişimlerdeki yakıt varlığında hareket edebilirler.
Bu tez çalışması kapsamında iletken polimer temelli katalik nanomotorların sentezi ve uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen nanomotorların dış katmanları poli(3,4-etilendioksitiyofen) (PEDOT)/poli(3,4-etilendioksitiyofen) karboksilik asit (PEDOT-COOH) ve polipirol (PPy)/poli(pirol-3-karboksilik asit) (PPy-COOH) kopolimerlerinden oluşmaktadır. Membran-kalıp tekniğine göre elektrokimyasal yöntemlerle hazırlanan nanomotorlar sonrasında antikor (antiHER2) ile immobilize edilmiş ve bu antikor yüklü nanomotorların meme kanseri hücre hattını (MCF-7) tanıma kapasitesi araştırılmıştır. Sentezlenen polimerik nanomotorların karakterizasyon çalışmaları taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bu nanoyapıların karbon bazlı elektrot yüzeyine modifikasyonu sağlanmış ve durgun halde meme kanseri hücre hattı ile etkileşimi elektrokimyasal yöntem (EIS) ile de incelenmiştir. Ortaya çıkarılan polimer temelli katalitik nanomotorların biyomedikal alanda mevcut yöntemlere alternatif olabileceği düşünülmektedir.


Anahtar Kelimeler: Nanomotor, Katalitik Nanomotor, Elektrokimyasal Depozisyon, Kanser, Meme Kanseri, Meme Kanseri Hücre Hattı

Abstract:
Nanomotors are one of the classes of molecular or nano-scale structures that can convert energy into motion. The dimensions of these motors can be enlarged in order to provide the desired features, and for this reason, they can also be called micromotors. As a result of the rapidly developing innovations in the field of nanotechnology, the synthesis (fabrication) and applications of these very small-scale motor structures, which have a mechanism of motion, have been one of the most interesting subjects of recent times. Nanomotors are used in different fields such as biomedicine, nanomedicine, nanoscale transport, environment, and fluid systems. Motion mechanisms are one of the essential features that distinguish these structures from other nanomaterials, and these features create two nanomotor classes which are named as "Fuel-Driven (Catalytic) Nanomotors" and "Fuel-Free Nanomotors". Catalytic nanomotors have high speeds and can move in the presence of low concentrations of fuel. 
Within the scope of this thesis, the synthesis and applications of polymer-based catalytic nanomotors were carried out. The outer layers of the synthesized nanomotors are poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) carboxylic acid (PEDOT-COOH) and polypyrrole (PPy)/poly(pyrrole-3-carboxylic acid) (PPy-COOH) copolymers. Electrochemical methods were used in the template-asssisted technique in order to prepare the nanomotors. After the fabrication processes were done, the antibody (antiHER2) was immobilized onto the nanomotors, and the capacity of these antibody-loaded nanomotors to recognize breast cancer cell lines (MCF-7) was investigated. The characterization studies of the prepared nanomotors were carried out by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). In addition to that, modification of these nanostructures on electrode surfaces was performed, and the interaction with breast cancer cell line was investigated without motion. It is believed that the synthesized polymer-based catalytic nanomotors can be an alternative to existing methods in the biomedical field.


Keywords: Nanomotor, Catalytic Nanomotor, Electrochemical Deposition, Cancer, Breast Cancer, Breast Cancer Cell Line