Katkılanmış grafen temelli nanomalzemelerin nöral kayıt ve uyarım yeteneğinin araştırılması
Investigation of neural recording and stimulation capability of doped graphene-based nanomaterials
Yazar: MUHAMMED ZAHİD DOĞAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BAYRAM ; DOÇ. DR. DİNÇER GÖKCEN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Nöral elektrotlar, nöral uyarım ve kayıt uygulamalarında elektriksel devrelerin hücrelerle etkileşimini sağlayan arayüz olarak görev yapmaktadır. Bu çalışma ile elektrokimyasal etkileşime sahip nöral elektrot uygulamalarında kompozit malzemesi olarak kullanılan grafen temelli malzemelerin (GTM) katkılanmasının, nöral elektrotların kayıt ve uyarım performansına olan etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla elektrokimyasal eksfoliasyon ve grafit oksidasyon-redüksiyon yöntemleri ile pristin grafen oksitin yanısıra; pristin, nitrojen katkılı ve fosfor katkılı elektrokimyasal
eksfoliye grafen malzemeler ve indirgenmiş grafen oksit malzemelerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlere ait katkılama seviyesi, oksijen oranı, parçacık boyutu, katman sayısı, defekt yoğunluğu ve eksfoliasyon homojenliği; enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), taramalı geçirimli elektron mikroskopisi (STEM), X-ışını kırınımı (XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve Raman spektroskopisi yöntemleri ile belirlenmiştir. Örneklerin elektrokimyasal özelliklerinin ölçümü, Poliviniliden Florür (PVDF) yalıtkan polimeri ve GTM kullanılarak oluşturulan kompozit elektrotlar ile gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen fiziksel-kimyasal ve elektrokimyasal analizlerin birlikte değerlendirilmesi sonucu tez kapsamında sentezlenen GTM örneklerinin sahip olduğu
C/O oranlarında heteroatom katkılamasının elektrokimyasal ölçümlerde belirgin bir fark oluşturmadığı ancak oksijenli grupların oluşturduğu kenar fonksiyonelleşmesi yoğunluğunun elektrokimyasal özelliklerde etkili olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Grafen, grafen katkılanması, elektrokimyasal karakterizasyon, grafen karakterizasyonu, nöral elektrot

Abstract:
Neural electrodes serve as the interface material for interaction of electrical circuits with neural cells in neural stimulation and recording applications. In this study, it was aimed to investigate the effect of doping of graphene-based materials (GBM) on the recording and excitation performance of electrochemically interacted composite neural
electrodes. For this purpose, we have utilized oxidation-reduction and electrochemical exfoliation methods to synthesize graphene oxide; pristine, nitrogen-doped and phosphorus-doped reduced graphene oxide and electrochemically exfoliated
graphene materials. Samples of interest have characterized by their doping level, oxygen ratio, particle size, number of layers, defect density and exfoliation homogeneity with the help of energy dispersive X-ray analysis (EDX), scanning
electron microscopy (SEM), scanning transmission electron microscopy (STEM), X-ray diffraction analysis (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) and Raman spectroscopy analysis. Measurements of the electrochemical properties was carried out with composite electrodes prepared with Polyvinylidene fluoride (PVDF) insulating polymer and GBM. Electrochemical analyzes of samples were interpreted with their physical-chemical characteristics and it was observed that the heteroatom doping in the C/O ratios of the GBM samples synthesized within the scope of the thesis did not exhibit a significant difference in the electrochemical measurements but the edge functionalization density formed by the oxygenated groups was effective on the electrochemical properties.

Keywords: Graphene, graphene doping, electrochemical characterization, graphene characterization, neural electrode