Doğal karbon kaynaklarından karbon kuantum nokta sentezi: Biyolojik uygulamaları ve DNA duyarlı elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
Carbon quantum dot synthesis from natural carbon sources: Biological applications and development of DNA-sensitive electrochemical biosensor
Yazar: SADİYE KÜBRA BAŞKAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇEŞME
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokimyasal sensörler = Electrochemical sensors ; Hücre görüntüleme = Cell imaging ; Kuantum noktaları = Quantum dots ; Sitotoksisite = Cytotoxicity

Özet:
Karbon kuantum noktalar (CQD); sahip oldukları üstün özelliklerinden dolayı nanoteknoloji ve biyoteknoloji alanlarında yaygın olarak kullanılan karbon tabanlı nanomalzemelerdir. Bu tez çalışmasında pomelo suyu, greyfurt suyu ve antep fıstığı doğal kaynaklarından hidrotermal sentez yöntemi ile farklı sentez sıcaklığı ve sürelerinde floresan özellikli CQD sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen CQD'lerin yapıları UV-Vis spektroskopisi, fotolüminesans spektroskopi (FL), infrared spektroskopi (FT-IR), X-ışını kırınım spektroskopisi (XRD), TEM ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) teknikleri kullanılarak aydınlatılmıştır. Karakterize edilen CQD'lerin balık sperm DNA (fsDNA) ile etkileşimleri, bağlanma mekanizmaları çeşitli UV ve FL teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. CQD'lerin sitotoksisite düzeyini ve kanser tedavisinde uygulanabilme potansiyelini araştırmak amacıyla sağlıklı insan hücresi (HUVEC) ve meme kanseri hücre (MCF-7) hattı üzerinde MTS metodu ile sitotoksisite çalışmaları yapılmıştır. Çalışmalar sonucunda her üç farklı kaynaktan sentezlenen CQD'lerin de antikanser potansiyelinin olduğu bulunmuştur. Ayrıca CQD'lerin biyogörüntüleme alanlarındaki uygulanabilirliği de test edilmiştir. CQD'lerin optimum konsantrasyonlarda MCF-7 hücreleri içerisinde ışıma yaptığı görülmüştür. Bu uygulamalara ek olarak CQD'lerin elektrokimyasal sensör özellikleri dönüşümlü voltametri (CV) ve diferansiyel puls voltametri (DPV) teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Sentezlenen CQD'ler ile fsDNA karışımı camsı karbon elektrot yüzeyini (CQD) modifiye etmek için kullanılmıştır. Modifiye edilen GCE'nin methotrexate (MTX) antikanser ilacı üzerindeki elektrokimyasal davranışları CV ve DPV ile ölçülmüştür.  Doğal kaynaklardan sentezlenen CQD'lerin fsDNA ile etkileşimleri sistematik olarak analiz edilmiştir ve bağlanma modları belirlenmiştir. CQD'lerin antikanser potansiyeline sahip olduğu, antioksidan aktivitesinin bulunduğu ve canlı hücre görüntüleme alanlarında uygulanma potansiyelinin bulunduğu görülmüştür. Elektrokimyasal sensör özelliğinin bulunduğu görülmüştür. Elde edilen sonuçlar biyomedikal alanlarda CQD tabanlı yeni malzemelerin geliştirilmesi için önemlidir.

Abstract:
Carbon quantum dots (CQD) are carbon-based nanomaterials that are widely used in the fields of nanotechnology and biotechnology due to their superior properties. In this thesis, fluorescent CQD synthesis was carried out at different synthesis temperatures and times by hydrothermal synthesis method from the natural sources of pomelo juice, grapefruit juice and pistachio. The structures of the synthesized CQDs were elucidated using UV-Vis spectroscopy, photoluminescence spectroscopy (FL), infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction spectroscopy (XRD), TEM and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. The interactions and binding mechanisms of the characterized CQDs with fish sperm DNA (fsDNA) were investigated using various UV-Vis and FL techniques. In order to investigate the cytotoxicity level of CQDs and their potential to be applied in cancer treatment, cytotoxicity studies were carried out on healthy human cell (HUVEC) and breast cancer cell (MCF-7) lines with the MTS method. As a result of the studies, it was found that CQDs synthesized from all three different sources also have anticancer potential. In addition, the applicability of CQDs in the fields of bioimaging has also been tested. It has been observed that CQDs radiate in MCF-7 cells at optimum concentrations. In addition to these applications, the electrochemical sensor properties of CQDs were investigated using cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) techniques. A mixture of synthesized CQDs and fsDNA was used to modify the glassy carbon electrode surface (CQD). Electrochemical behavior of modified GCE on methotrexate (MTX) anticancer drug was measured by CV and DPV. The interactions of CQDs synthesized from natural sources with fsDNA were systematically analyzed and their binding modes were determined. It has been seen that CQDs have anticancer potential, antioxidant activity and potential to be applied in live cell imaging fields. It has been observed that it has an electrochemical sensor feature. The obtained results shed light on the development of new CQD-based materials in biomedical fields.