62
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
Auto-control hyperthermia applications of LaFeSiH nanoparticles with first-order phase transition
Magnetic hyperthermia applications demand precise temperature control within the targeted region to safeguard the well-being of surrounding healthy tissues during cancer treatments.To achieve this objective, a temperature control mechanism can be implemented based on the heating properties of magnetic nanoparticles, which is called auto-control magnetic hyperthermia. This can be accomplished by utilizing magnetic materials that undergo a first-order phase transition around the Curie temperature. LaFeSi compounds, well-known for their magnetocaloric applications, have the potential to be employed as a material for auto-control magnetic hyperthermia therapy applications. However, Curie point of LaFeSi compound is significantly lower than the necessary temperature required to eradicate cancerous cells. In this thesis, we studied on a method to elevate the Curie temperature of LaFeSi compounds to points adequate for inducing protein denaturation in cancer cells through heating, achieved by hydrogenation of the compound. For this purpose, LaFe11.57Si1.43 ingots are initially fabricated using the arc-melting technique. Subsequently, the compounds exposed to high-temperature heating for several days to ensure homogenization. Samples are then hydrogenated under 5 bar H2 atmosphere using a Sievert-type apparatus. Following this, the samples are annealed under vacuum conditions for varying durations to fine-tune the Curie temperature of the compounds. Samples are also mechanically milled to obtain nanoparticles. The Curie temperature is succesfully tuned from 200 K to 341 K by changing the H amount in LaFe11.57Si1.43Hy compounds. The LaFe11.57Si1.43H1.41 samples with cubic NaZn13-type structure, demonstrated efficient heating capabilities. Remarkably, the samples retain 1st-order magnetic phase transition characteristics and cease heating around 50 °C when subjected to an alternating magnetic field. The specific absorbtion rate istherapeutically significant, 10.9 W/g at an applied field of 26 kA/m and a frequency of 300 kHz. Given these exceptional properties, LaFeSiH compounds emerge as promising candidates for deployment as therapeutic materials in cancer treatment.
Giyilebilir cihazlar için dinamik gerinim aralığında çalışan grafen tabanlı esnek nanokompozit sensörlerin geliştirilmesi
Bu tez kapsamında aynı bölgede iki farklı gerinime cevap verebilen ya da dinamik aralık içerisinde çalışabilecek bir gerinim sensörünün geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla grafen ve termoplastik poliüretan temelli ve iki katmandan oluşan sensör yüzeylerine rezistif karakterde desen oluşturulmuş ve farklı rezistif nano dolgu malzemesi içeren mürekkeplerin dinamik gerilim altında detaylı elektriksel karakterizasyonları tamamlanmıştır. Bu iki katmanda kullanılan mürekkeplerin rezistif dolgu malzemesi/ termoplastik poliüretan oranlarını belirlemek amacıyla öncelikle tek katmanlı bir sensör fabrikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu sensörlerin tepki süresinin ölçülmesi, ölçüm faktörü, lineer çalışma aralığı ve histeresiz analizleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen analizler sonucunda tek katmanlı sensör tasarımında, yüksek ve düşük konsantrasyon değerlerinde sensörlerin verdiği tepkiler belirlenmiştir. Bu tepkilerden yola çıkılarak, aynı bölgede kullanılabilecek iki farklı değeri aynı anda ölçebilen iki katmanlı bir sensör tasarlanmıştır. Bu sensörde, yüzeyin birinde düşük, (%25 GNP/TPU oranına) diğeri yüzeyinde ise yüksek (%60 GNP/TPU ve %70 GNP/TPU oranlarına) grafen nanomalzeme konsantrasyonuna sahip matris kullanılmıştır ve sensörlerin verdiği tepkiler karakterize edilmiştir. Tez kapsamında aynı anda bir gerinime farklı çözünürlüklerde cevap verebilen, düşük gerinimlerde hassas çalışan bir sensör geliştirilmiştir. Üretilen bu sensörlerin %1-10 gerinime kadar, ölçüm faktörü değerleri 32.96 ile 41.54, %10-50 gerinimlere kadar ölçüm faktörü değerleri 7.85-4.95 arasındadır.
Mimetik bıyomoleküller kullanılarak metamalzeme yüzeyinin gelıştirilmesi ve meta-biyo-sensör hazırlanması
Bu tez kapsamında, nano boyuttaki üstün özelliklere sahip olan metamalzemelerin bu özelliklerinden yararlanılarak etkin bir çevirici olarak kullanılma potansiyelleri ortaya konulmuştur. Bu amaçla yarıklı halka rezonatörü (Split Ring resonator, SRR) ve indiyum kalay oksit (Indium Tin-Okside Nanorod, ITO NR) ITO NR'lar gibi iki farklı metamalzeme ile çalışılmıştır. Metamalzeme tasarımı elektromanyetik simülasyonlar ile yapılmıştır. Simülasyon sonuçları ile istenilen dalga boyunda en yüksek duyarlılığı verecek yapı tespit edilmiştir. Nano meta malzeme yüzeylerinin nanofabrikasyonu elektron demeti litografisi ile gerçekleştirilmiştir. Bu yüzeyler Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR-ATR), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), optik geçirgenlik (ya da yansıma) spektrumu temelinde karakterize edilmiştir. SRR-Meta-biyo-sensöre ait çeviricinin hazırlanmasında temel malzeme olarak, kimyasal stabilitesi nedeniyle altın kullanılmıştır. Örnek SRR-çiplerin hazırlanmasında alttaş olarak optik geçirgenliği yüksek quartz seçilmiştir. Yakın-infrared (near infrared, NIR) bölgede çalışan, metatronik nano-devre temelli, yüksek hassasiyetli, kırılım indisi sensörü geliştirilmesi hedeflenmiştir. Sensör yapısı, transparan iletken oksitlerin nano-çubuk şeklinde desenlendirilmesi ile üretilmiştir. Polarizasyon bağımlı bu metatronik devrelere, ayarlanabilir bir sensör cevabı kazandırılarak, fonksiyonellikleri arttırılmıştır. Bu amaçla, indiyum-kalay-oksit (indium-tin-oxide, ITO) nano-çubukların (NR) yüzeyinde, plazma polimerizasyon (PlzP) tekniği ile NH¬2 (amin) grupları oluşturulmuştur. Yüzey fonksiyonellendirmesi için plazma polimerizasyon yöntemi (PlzP) ile farklı plazma koşullarında (güç/ süre) yüzeye peptid moleküllerini bağlamaya uygun fonksiyonel amin grubu (-NH2) kazandırılmıştır. Çevirici yüzeyini hedefe özgül kılabilmek için karara varılan oligo [acyl-lysine] (OAK) Antimikrobiyal peptit mimetiği (AMPm) ve Trombin Aptamer ile tanıyıcı tabaka oluşturulmuştur. Bu şekilde hazırlanan meta-biyo-sensör, son aşamada hedef analite karşı denenmiş ve oluşan cevaplar değerlendirilmiştir. AMPm yüzey modifikasyonu ile hazırlanan SRR-nano-sensör sisteminde 102 cfu/ml E.coli hedef derişimine karşı 15 dk. analiz süresi ile anlamlı cevap alınmıştır. Aptamer yüzey modifikasyonu ile hazırlanan SRR-nano-sensör siteminde ise 120 mM Trombin hedef molekülüne karşı 15 dk. analiz süresi ile anlamlı cevap alınmıştır. ITO NR kullanılarak hazırlanan meta-biyosensör sisteminde ise 0,032 pM hassasiyet ve 15 dk. analiz süresi ile en iyi anlamlı cevap alınmış sensör yüzeyi olmuştur. Her üç sensör yüzeyi de hedeflerine karşı seçici davranış göstermiş ve yanlış pozitif cevap vermedikleri izlenmiştir. Metamalzemeler ile AMPm ve Aptamerlerin entegrasyonu ile yüksek hassasiyette, seçicilikte ve doğrulukta bir biyosensör oluşturmak bu tezin hedefini oluşturmaktadır. Bu çalışmanın iki hedefi bulunmaktadır; tek hücre tanısına izin verebilecek hassas bir biyosensör ve ikincisi ise daha ucuz ve pikomolar seviyesinde ölçüm yapabilmeye izin verecek, oldukça hassas bir biyosensör ortaya koyabilmektir. Bahsedilen ITO NR'lar ile gerçekleştirilen biyosensör çalışmaların, vücuda yerleştirilebilen hassas ve biyo-uyumlu metatronik nano-yapıların elde edilmesi ve yakın gelecekte bireysel tıbbi uygulamalar için nanofotonik biyosensörlerin elde edilmesinde temel oluşturacağı düşünülmektedir. Bu çalışma kapsamında, PlzP tekniği ile yüzey fonksiyonellendirmesi yapılarak AMPm ve Aptamerler ile tanıyıcı tabakanın oluşturulmasıyla ortaya konulan gelişmiş özelliklere sahip bir meta-biyo-sensör, literatürde bir ilk olacaktır. Tez kapsamında nano-yüzeylerin hazırlanması, modifikasyonu ve uygulamaları ile yeni bir sistem ortaya konulmuş ve bu yeni meta-biyosensörler başarı ile geliştirilmiştir.
High performance mioc (multifunctional integrated optical chip) design fabrication and characterization for fiber optic gyroscope applications
Laser-based fiber optic gyrometers (FOG) used in navigation systems have been developed for various applications since the 1970s. In this thesis, the working principle of FOG and the sub-components of the system are mentioned. The design, production and optimization studies of the waveguide-based multifunctional integrated optical device (MIOC), which is described as the heart of FOG, are included. The annealed proton exchange (APE) method has been developed for MIOC to show high performance in the system. First of all, straight waveguide fabrication was performed with the APE method, and the width of the waveguide to be integrated to the optical fiber was optimized. With the findings obtained, it was determined that the index change values required for connecting the 7µm wide waveguide to the optical fiber with the least loss (about 60% throughput) were in the range of 0.025-0.030. On the other hand, the importance of temperature and time factors in waveguide formation was investigated. Studies have been carried out that will allow the variations occurring in the first stage of the two-stage APE method to be compensated with the interventions made during the second stage. As a result of the efforts to optimize the design that will allow the MIOC device to split the light into two, it was concluded that a y-coupler design with a bending radius bigger than 4 cm could be selected, but considering the device size, packaging and other factors, the device design for the bending radius larger than 13 cm was decided. In order to carry out the APE process in hot acid safely and in multiples, a custom mechanism was designed and the fabrication was carried to mass production. Preliminary interventions were made during fabrication to eliminate the thermal instabilities that may occur between the MIOC and the optical fiber carrier, which has a different expansion coefficient than MIOC. During the temperature tests carried out in the temperature range of -40 °C – (+85) °C, it was measured that the optical power of the devices changed less than 0.5% and it was observed that the devices were stable against environmental factors. System level tests of fabricated MIOC devices were carried out, and PER values were measured at 49 dB. As a result, MIOC fabrication has been realized with the performance that will allow the external polarizer to be removed from the system. With the removal of the external polarizer from the system, space was saved in the whole FOG system, and with the design and optimization studies carried out during this thesis, the critical technological device supplied from abroad was developed with national resources.
Dielektrik ince filmlerin si fotodetektör aygıt performansına etkisinin incelenmesi
Bu çalışma Silisyum tabanlı fotodedektörlerde dielektrik ince filmlerin fotocevap ve karanlık akım gibi isterler üzerindeki etkisinin incelenmesini içermektedir. Silvaco yazılımı kullanılarak bilgisayar destekli modeller oluşturulmuş ve parametrik simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Detektör fotocevap performansının artırılması noktasında dielektrikler için yansıtmazlık düzeyleri hesaplanmıştır. Silisyum ile olan uyum gözetilerek en başarılı yansıtmazlık performansı 1.87 kırma indisli Si3N4 ince filmden elde edilmiştir. Dielektrik – yarıiletken arayüzeyindeki yük yoğunluğunun ölçülmesi yolu ile pasivasyon performansları incelenmiştir. Bu anlamda kapasitans – voltaj ölçümleri için simülasyonlar yapılmış ve deneysel çalışmalar öncesinde teorik zemin oluşturulmuştur. Islak termal oksidasyon, PECVD ve arındırma ile kuru termal oksidasyon gibi metotlarla büyütülen SiO2 ince filmlerin pasivasyon performansları fotoiletkenlik ve kapasitans ölçümleriyle karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Arındırma ile kuru oksitleme tekniğiyle büyütülmüş SiO2 ince filmlerin Silisyum tabanlı aygıtlar için en başarılı pasivasyonu sağladığı görülmüştür.
Odaklanmış iyon ışını ile memristör üretim süreci geliştirme ve karakterizasyonu
Elektroniğin temelinde kullanılan transistör elemanı birçok dijital mantık devresinin ve hafıza uygulamalarının gerçekleşmesini sağlamıştır. Fakat transistörlerin sadece iki kademeli anahtarlama yapabilmeleri nedeniyle artan işlem gücüne beklentisindeki kapasiteyi gerçekleştiremediği durumlar oluşmuştur. Memristör elemanı bu durumlar için çözüm sunmaktadır. Memristör önce teorik bir denklem olarak ortaya atılan kavram iken daha sonra fiziksel olarak da üretilmiştir. Transistörden en büyük artısı ise iki kademeden çok daha fazla ölçekte anahtarlama yapabilmesidir. Bu da çok daha yüksek kapasiteli dijital devre ve hafıza uygulamalarında kullanılması potansiyelini göstermektedir. İlk fiziksel memrsitör üretimi titanyum oksit temelli malzeme ile üretilmiştir. Bu çalışmada da titanyum oksit memristif malzemenin temelini oluşturmaktadır. Titanyum oksit malzemeyi üretmek için anodik oksidasyon işlemi uygulanmıştır. Titanyum asidik bir çözelti içerisinde gerilim kontrollü devre altında elektrokimyasal tepkime göstererek oksitlenmiştir. Çalışmanın özgün tarafını bundan sonra titanyum oksit tabakasının aşındırılması ile oluşturulan memristör geometrileri oluşturmaktadır. Memristör kademeli anahtarlama işleminin iki elektrotu arasında oluşturduğu oksijen boşluğu, iyonik veya ii ferromanyetik köprü yapısı ile sağlar. Bu çalışmada titanyum oksit temelli memristör kullanıldığı için köprü yapısı oksijen boşlukları ile oluşmuştur. Oluşan köprünün elektrotlar arası mesafeye göre değişiklik göstermesi memristörün açma-kapama işlemi sırasındaki direnç değer farkını etkilemektedir. Elektrotlar arası mesafenin olabildiğince daraltılması ile daha simetrik ve düzgün köprü yapılarını oluşturarak memristör direnç değer farkının arttrılmasını hedeflemiştir. Elektrotlar arası mesafenin nano boyutlarda olması odaklı iyon demeti ile sağlanmıştır. Odaklı iyon demeti hem tutarlı hem de kesin aşındırma olanağı sağladığı için memristif yapıda çeşitli geometriler denenerek elektrotlar arası olabildiğinde dar mesafe elde edilmek istenmiştir. Daha sonra elde edilen memristör geometrilerin karakterizasyonu 4 noktalı akım-gerilim ölçümü ile sağlanmıştır ve açma-kapama sırasında sergilenen direnç farklarına göre memristörlerinde etkinliği gözlenmiştir.
M13mp18 iskele ipliğinden DNA origami nanodemetlerin geliştirilmesi ve ilaç taşıyıcı olarak kullanımının incelenmesi
Günümüzde nanoteknoloji ve biyomedikal alanınında DNA nanoteknolojisinin konvansiyonel yöntemlerin yerini almakta olduğu ve bu konuda önemli çalışmaların yapıldığı görülmektedir. DNA'nın yapısı gereği komplementerlik arz eden baz çiftlerinde görülen etkileşim özgüllüğü, genomik çalışmalarda DNA'yı bir üst seviyeye taşımıştır. DNA origami multidisipliner bir alandır ve bu alanda üstün nanomalzemeler geliştirilmektedir. DNA nanoyapılar, polimer ve lipid bazlı ilaç taşıyıcı ajanlara kıyasla modülerlik, immün cevabı tetiklememek, biyouyumluluk, biyobozunurluk gibi avantajlar bulundurmaktadırlar. Yaygın olarak kullanılan DNA origami yöntemiyle uzun tek zincirli iskele DNA, yüzden fazla eşlenik kısa 'zımba' zincirle termal tavlama ile katlanarak 2 ve 3 boyutlu DNA nanoyapılar oluşturulmaktadır. Nanotıp ve biyomedikal alanında DNA origami nanoyapılardan antimikrobiyal dirence karşı çözüm üretmede yararlanılmaktadır. Bilindiği gibi enfeksiyon hastalıklarına ve cerrahi müdahale sonrası enfeksiyona neden olan patojen ajanlara karşı çeşitli antibiyotikler kullanılmaktadır. Ancak patojen ajanların antibiyotiklere karşı direnç geliştirmeleri, tedavide ve cerrahi müdahale sonrası enfeksiyonların sağıtımında zorluklar yaratmasının yanında ekonomik yönden de sağlık sistemini sıkıntıya sokmaktadır. Kanser hastalıkları tedavisinde kullanılan ilaç, ameliyat, kemo, radyo ve foto terapiler gibi konvansiyonel yöntemler sağlıklı hücrelere de zarar vermektedir. Ayrıca kanser hastalıkları başta olmak üzere bir çok hastalıkta çeşitli tedavi yöntemleri sonrası hastanın immün sistemi zayıflamakta ve hastanın mikrobiyal enfeksiyonlara karşı direnci düşmektedir. Bu tür hastalarda enfeksiyonları engellemek için etkin antibiyotiğin kullanılması uygulanan kemoterapinin de başarısını arttırmaktadır. Antibiyotik grubundan olan Lantibiyotikler, translasyon sonrası modifiye edilmiş polisiklik peptit antibiyotiklerdir. Lantibiyotiklerden özellikle nisinin FDA onayına sahip olması, etkinliğinin yüksek fakat düşük sitotoksisite göstermesi ve bakteriyel direnç oluşturma olasılığının düşük olması antimikrobiyal direnç kazanmış hastane kaynaklı ve epidemik özellikteki patojenlere karşı diğer antibiyotiklere kıyasla avantajlar sağlamaktadır. Çünkü nisinin çift etki mekanizması göstererek hem mikrorganizmaların hücre duvarı sentezinde lipid-II'ye bağlanarak sentezini inhibe etmekte, hem de hücre zarında porlar oluşturarak hücreyi lizize uğratmaktadır. Bu veriler ışığında yapılan tez çalışmasının ilk aşamasında, a) sadece nisin, b) m13mp18 iskele ipliği kullanılarak üretilen DNA Nano-Yapılara elektrostatik olarak nisin yüklenmiş, c) sadece m13mp18 iskele ipliği kullanılarak DNA Nanoyapılar sentezlenmiş ve bu üç farklı örneğin belli başlı patojen ajan olan metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA ATCC 43300) ve vankomisine dirençli Enterococcus faecalis (VRE ATCC 51299)'e karşı antimikrobiyal etkileri incelenmiştir. Bu bağlamda, a) Sadece nisin lantibiyotiğinin faklı konsantrasyonlarındaki denemeleri sonucunda, 2500 nM nisin derişiminde, metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA ATCC 43300) suşunda inhibisyonun %97, b) Nisin yüklü DNA nanoyapıda %95 olduğu; vankomisine dirençli Enterococcus faecalis (VRE ATCC 51299) suşunda ise a) sadece nisinli örnekte inhisyon oranının %96, b) nisin yüklü DNA nanoyapıda %91 olduğu, c) her iki patojenin sadece DNA nanoyapı bulunan örneklerinde herhangi bir inhibisyon olmadığı saptanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında bu patojenlerin IC50 değerleri, metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA)'ya karşı sadece nisin için 1051 nM, nisin yüklü DNA nanoyapı için de 1567 nM olarak bulunmuştur. Vankomisine dirençli Enterococcus faecalis (VRE)'ye karşı ise IC50 değerleri incelendiğinde de yine sadece nisin için 1303 nM, nisin yüklü DNA-NY için de 1387 nM olarak bulunmuştur. Nisin kullanılarak MRSA ve VRE'ye karşı elde edilen en yüksek inhibisyon oranları sırasıyla %97 ve %96, literatürdeki %100'ünü inhibe eden miminum inhibisyon konsantrasyonu (MİK) değerleri ile karşılaştırılmış ve yakın değerler bulunmuştur. Çalışmamızın son aşamasında da in-vitro çalışmalar bağlamında, elde edilen nano yapıların hücre kültüründe etkinliğinin araştırılması için iki farklı hücre hattı; insan meme kanseri hücreleri (MCF-7) ve fare fibroblast hücreleri (L929)'ne karşı sitotoksik etkileri incelenmiştir. 2.5 µM konsantrasyonundaki sadece nisin ile MCF-7 hücrelerinin ölüm oranı %45, nisin yüklü DNA-NY ile ise %43'dür. L929 hücrelerine karşı ise 2.5 µM konsantrasyonda nisin hücrelerinin ölüm oranı %8, nisin yüklü DNA-NY'ların ise %17 dir. Çalışmalar sonucunda, geliştirilen nisin yüklü DNA-nanoyapılar antimikrobiyal etkileri ile gerek hastane kaynaklı ve epidemik boyutlarda çoklu ilaca direnç kazanmış patojenlerle mücadelede, gerekse de kanser hücrelerine karşı seçici olarak antikanser özellikleri ile kanser tedavisinde kullanım alanına sahip olacağı saptanmıştır.
Kan filtrasyon uygulamaları için titanyum dioksit nanotüp tabanlı membran sistemlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Titanyum dioksit nanotüp yüzey dizileri, yüksek biyouyumluluk özelliklerinden dolayı ortopedik ve dental implantlarda, biyosensör ve ilaç salım sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Sunulan tez çalışmasında, üç basamaklı elektrokimyasal anodik oksidasyon yöntemi ile üretilmiş ve anodizasyon sonunda uygulama potansiyelinin farklı sıcaklıklarda aniden değiştirilmesi ile yığın bütünlüğünü koruyan titanya nanotüp tabanlı membran yapıların fabrikasyonu yapılmıştır. Üretilen titanya nanotüp tabanlı membran yapıların kimyasal ve morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobisi (SEM), enerji dağılımlı x-ışını analizi (EDX), x-ışını kırınım analizi (XRD), su temas açısı (WCA), atomik kuvvet mikroskobisi (AFM) ile tayin edilmiş olup kan filtrasyon uygulamalarında giyilebilir/taşınabilir ve implante edilebilir yapay böbrekler için kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, bu nanoyapıların üremik toksin filtrasyon performansları poli(etilen tereftalat – glikol) (PETG) malzeme ile üç boyutlu modern katmanlı imalat teknolojisi ile üretilen akış hücreleri içinde test edilmiştir. Yüzeylerinin %36'sının 50 nm yarıçaplı ve 30 µm uzunluğunda nanotüplerden oluştuğu tespit edilen 2 farklı membran yapının, çapraz akış saf su geçirim miktarları (PWF), kreatinin tasfiye ve bovin serum albümin (BSA) reddediş oranları incelenmiştir. Dijital ve deneysel hata analizleri sonucunda uygun bulunan kan filtrasyon uygulaması dahilinde kreatinin tasfiye miktarları %95 seviyelerinde tespit edilen bu nanoseramik ultrafiltrasyon membranlarının negatif itici elektrostatik kuvvetler nedeniyle %20'ye varan BSA reddediş oranı gösterdiği belirlenmiştir.
Yeni tasarım nanokompozit kaplamalar ile ekranlama ve biyofiziksel özelliklerin araştırılması ve geliştirilmesi
Elektronik teknolojisi ve telekomünikasyonun son yıllardaki gelişimi ile, insanların ve cihazların maruz kaldıkları, elektromanyetik kirlilik olarak değerlendirilen, istenmeyen sinyallerin varlığı ve etkisi oldukça artmıştır. Elektromanyetik sinyallerin çevre üzerindeki etkisini azaltmak için, iletken malzemeler kullanılarak gerçekleştirilen ekranlama yöntemi, en sık kullanılan yöntemdir. Malzeme olarak, genellikle, yüksek iletkenlik özellikleri nedeni ile metaller kullanılmaktadır. Ancak, malzeme olarak, metal öz kütlesinin fazla olması, yapılarının esnek olmaması, işlenmelerinin zor olması ve korozyona açık olması gibi olumsuzluklar bu malzemeler yerine alternatif malzemelere yönelmeyi zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda, küçük özkütleleri, düşük maliyetleri, kolay şekillendirilebilmeleri ve esnek yapı özelliklerinden faydalanmak amacıyla, polimer temelli, nanoteknolojik malzemelerin tasarımı günümüzde önemli hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında, öncelikle, kütlece farklı oranlarda CNT ve grafen katkılanmış yeni tasarım, polimer temelli, nanokompozit malzemeler hazırlanmıştır. Farklı tipte kumaşlar üzerine bu kompozitler sprey ve jel fazında uygulanabilmektedir. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda özellikle, hiçbir ekranlama özelliği olmayan doğal keten malzeme ile üretilmiş kumaş ve özel teknikler ile üretilen kendinden ekranlama özelliği bulunan (ticari olarak piyasada satışı yapılan) SG kumaşı üzerinde çalışılmıştır. Temel amaç ekranlama özelliği olmayan bir malzemeye, yeni tasarım nano kompozit kaplama uygulayarak, üst seviyede ekranlama özelliği kazandırabilmektir. Diğer yandan, ekranlama özelliği bulunan malzemelerin de mevcut ekranlama etkinlik değerini artırmak ikincil amaç olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ilk evresinde, özgün nanokompozitlerle kaplanan farklı kumaş örneklerin elektromanyetik dalga (EMD) (1,5 – 10,0 GHz), nUV-VIS-nIR (350 - 700 nm) ile etkileşimleri araştırılmıştır. Hedef olarak, SWAXS (X-Işını Küçük ve Geniş Açı Saçılması) analizleri sonucunda belirlenen nano yapılar ile örneklerin elektromanyetik ekranlama etkinliği değerleri ile ilişkilendirilerek ekranlama özellikleri kontrollü biçimde geliştirilmeye çalışılmıştır. İlk bulgulara göre, EMD ekranlama etkisi bulunmayan keten kumaş örnekler, kütlece %3 CNT kodlu nanokompozit ile kaplandığında, 1,5 – 10,0 GHz aralığında, EMD soğrulma oranının artmasına ve malzemeye yaklaşık 9 dB'lik (@9,5 GHz) ekranlama etkinliği kazandırılmasına neden olunmuştur. Kaplama işlemi sonucunda aynı malzemenin, 350 - 700 nm dalgaboyu aralığındaki (yakın UV, görünür ve yakın IR) elektromanyetik dalgalar için geçirgenliğinin azaltıldığı ve soğurma özelliğinin de artırıldığı belirlenmiştir. Keten kumaşın doğal yapısında var olan hacimsel nano parçacıklar, 97,7 ± 0,9 Å'luk yarıçapa sahipken, kaplama işlemi sonrası nanomorfolojiler, çekirdek kabuk modeline dönüşerek, küresel formda 75,7 ± 0,1 Å yarıçapa ulaşmışlardır. Yani, kaplama malzemesinin gözenekli yapıya difüz edebildiği ve gözenekli yapıyı doldurarak, yüksek elektron yoğunluğuna sahip, daha küçük boyutlu nano morfolojileri oluşturdukları belirlenmiştir. Piyasada bulunan Ag pigmentleri içeren CSC malzemesi keten malzemeye uygulandığında, kumaşa yaklaşık 65 dB (@9,5 GHz) ekranlama kazandırdığı görülmüştür. Sonraki aşamalarda CNT ve grafen ile (kütlece) farklı oranlarda sistematik olarak katkılanan CSC malzemesi, keten ve SG kumaş üzerinde uygulamış ve ölçümler gerçekleştirilmiştir. En kararlı nano kompozitlerin CSC %5 CNT ile elde edildiği ve ekranlama özelliği olmayan keten kumaşa 1,5-10 GHz aralığında, 80-85 dB ekranlama etkinliği kazandırıldığı saptanmıştır. Diğer yandan, ekranlama özelliği bulunan SG kumaşın özelliğinin ise, 65 dB değerinden, 105 dB ekranlama değerlerine (%62 oranında) geliştirildiği belirlenmiştir. SAXS analizleri ile örneklerin nano yapılarını belirlemek ve ekranlama değerleri ile analoji kurmak üzere, Rg (Jirasyon Yarıçapı) 3B yapı modelleri ve nano oluşumların uzaklık dağılımları incelenmiştir. Örneklerin kaplama öncesinde ve sonrasında, SEM ölçümleri ile, nano kompozit malzemenin CNT ve grafen katkılamaya bağlı olarak yüzeyde oluşturdukları mikro ölçekli yapılar da gözlemlenmiştir. Çalışmanın devamında, farklı zamanlarda hazırlanan örnekler ile keten CSC %5 CNT için kazanılan ekranlama özelliğinin raslantısal olmadığı da belirlenmiştir. Ayrıca, nano kompozit kaplamaların insan teması olabilecek birçok uygulamada kullanılabileceği öngörülerek, Disk Difüzyon Yöntemi ile antimikrobiyal araştırmalar da bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda Candida albicans, E.coli ve S. Aureus (mantar ve bakterileri) ile çalışılmıştır. Sonuçta, bu tez çalışmasında hazırlanan ve kaplama olarak uygulanan özgün nano kompozit malzemeler ile alttaş kumaşların ekranlama özelliğinde önemli gelişmeler kaydedilirken, diğer taraftan, bakteri ve mantar üremelerinin de engellendiği "yani tasarlanan kaplama malzemelerine biyoaktif özellikler de" kazandırılabildiği gösterilmiştir.
Yeni nesil otokontrol hipertermi malzemelerin sentezlenmesi ve özelliklerinin araştırılması
Bu çalışmada, Curie sıcaklığı ve manyetik özellikleri otokontrol hipertermi için uygun olduğu belirlenen nano boyutlu perovskit, LaMnO3, LaFeO3, LaCoO3 yapıları sol-jel yöntemi ile üretilmiştir. Elde edilen örneklerin X-ışınları Toz Kırınım (XRD) ve Termogravimetrik Analiz (TG) yöntemleri kullanılarak yapısal, X-ışınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile kompozisyon, Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ile topografik analizleri yapılırken, Titreşimli Örnek Manyetometresi (VSM) ile manyetik özellikleri ve Değişken Alan (ACMF) hipertermi sistemi ile manyeto-ısıl davranışları karakterize edilmiştir. Örneklerin karakterizasyonları sonucunda negatif manyetizasyon ve değiş-tokuş sapmasına ilişkin elde edilen ilginç sonuçların ısıl işlem süreçlerinden kaynaklandığı belirlendi. Daha önce otokontrol hipertermi çalışması yapılmamış LaCo0,5Fe0,5O3 malzemesinin Curie sıcaklığının Co katkısı ile oto kontrol hipertermi için uygun olan 370 K'e düşürüldüğü ancak mıknatıslanmanın istenen düzeyde olmadığı belirlendi (~1 emu/g). Çalışmanın son aşamasında, La1-xSrxMnO3 malzemesinin hem mıknatıslanma (5-20 emu/g) hem de Curie sıcaklığı aralığı (287-357 K) açısından otokontrol hipertermiye uygun bir malzeme adayı olduğu literatürde ilk kez belirlendi ve hipertermi özellikleri araştırıldı.
Katkılanmış grafen temelli nanomalzemelerin nöral kayıt ve uyarım yeteneğinin araştırılması
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
Nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tabanlı radyasyon sensörlerinin uzay uygulamaları için geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Transistörler, nanoteknolojinin sunmuş olduğu avantajlardan en fazla yararlanılan uygulama alanlarının başında gelmektedir. Üretim tekniklerinin gelişmesiyle birlikte daha küçük, daha verimli ve daha hızlı çalışabilen transistörlerin üretilmesi mümkün olmaktadır. Anahtarlama ve güç düzenleme gibi amaçlarla elektronik devre elemanı olarak kullanılabilmelerinin yanında, transistörler başka amaçlar içinde kullanılabilmektedir. Transistörlerin en sık kullanılan çeşitlerinden biri olan metal oksit yarı iletken alan etkili transistörlerin (MOSFET) radyasyon sensörü olarak kullanıldığı birçok çalışma mevcuttur. Bununla birlikte, 100 nm altında oksit tabaka kalınlıklarına sahip sensörlerin, uzay radyasyonu uygulamalarına yönelik olan çalışmaların literatürde yetersiz olduğu görülmüştür. Bu tez çalışmasında, uzay uygulamalarına yönelik olarak nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör (NürFET) olarak adlandırılan radyasyon sensörlerinin kullanıldığı bir radyasyon dedektörünün geliştirilmesi ve radyasyon altında karakterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla, sensörlerin çalışma performanslarının radyasyon altında gerçek zamanlı ölçülmesine imkân sağlayan, uydularda da kullanılabilecek bir radyasyon dedektörü tasarlanmış ve üretilmiştir. Nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistörün kapı ucu malzemesi olarak silikon dioksit (SiO2) kullanılmıştır. 40 nm, 60 nm ve 100 nm'lik 3 farklı oksit tabaka (SiO2) kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi radyasyon sensörlerinin çalışma performansları, daha önce çeşitli uzay görevlerinde kullanılmış olan Radiation Sensing Field Effect Transistor (RADFET) ve Floating Gate Dosimeter (FGDOS) sensörleri ile karşılaştırılmıştır. Dedektörün ve sensörlerin çalışma performansları, Kobalt-60 (Co-60) radyasyon kaynağı ile test edilerek ilgili sonuçlar sunulmuştur. Radyasyon dedektörü 256 saniye ve 416 saniye olmak üzere iki farklı zaman aralığında radyasyona maruz bırakılmıştır. İlk radyasyon testi 256 saniye sürmüştür. İlk test basamağında tüm sensörler (nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör, RADFET ve FGDOS) başarılı bir şekilde çalıştırılmıştır. Maruz kalınan radyasyon doz seviyesinin çok yüksek olmasından dolayı FGDOS sensörü ilk ışınlama sırasında dedektör devresinin tıkanmasına (kilitlenmesine) sebep olmuştur. Bu sebeple, ikinci radyasyon testi öncesi, FGDOS sensörü yazılım yardımıyla devreden çıkarılmıştır. İkinci radyasyon testi 416 saniye sürmüştür. İkinci test basamağında nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi radyasyon sensörleri ve RADFET sensörleri başarılı bir şekilde çalıştırılmıştır. Oksit tabaka kalınlıklarının artmasıyla birlikte nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi radyasyon sensörlerinin radyasyona olan hassasiyetinin arttığı gözlemlenmiştir. Nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi radyasyon sensörlerinin eşik gerilimlerinde meydana gelen kayma miktarlarının üretici tarafından 10 A'lık sabit akım kaynağı ile ölçülmesi önerilmektedir. Uzay ortamının zorlayıcı koşulları sebebiyle 10 A'nın hassas bir şekilde verilmesi kolay değildir. Bu sebeple, dedektör devresi üzerinde kullanılması göreceli olarak daha kolay olan 100 A'lık ikinci bir sabit akım kaynağı daha kullanılmıştır. 40 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi radyasyon sensörünün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ilk radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 3,698 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 3,884 mV olarak ölçülmüştür. 40 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi sensörün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ikinci radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 5,668 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 6,081 mV olarak ölçülmüştür. 60 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi sensörün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ilk radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 7,134 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 8,091 mV olarak ölçülmüştür. 60 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi sensörün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ikinci radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 10,103 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 10,330 mV olarak ölçülmüştür. 100 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi sensörün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ilk radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 8,826 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 9,342 mV olarak ölçülmüştür. 100 nm oksit tabaka kalınlığına sahip nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tipi sensörün eşik geriliminde meydana gelen kayma miktarı, ikinci radyasyon testinde, 10 A'lık akım kaynağı ile 13,603 mV, 100 A'lık akım kaynağı ile 14,066 mV olarak ölçülmüştür. Radyasyon dedektörü, uzay radyasyonunun yarattığı etkilerden biri olan toplam iyonize doz (TID) etkisini ölçmek amacıyla tasarlanmıştır. Maruz kalınacak olan radyasyon doz seviyesi, uydunun yapısal modelinde (dış yüzeyinde/panellerinde) kullanılan malzeme tipi ile ilişkilidir. Bu sebeple, kavramsal bir uydu modeli yaratılarak, dört farklı malzeme tipi (uydu dış yüzey malzemesi) için yörüngede maruz kalınacak olan radyasyon dozu analiz programı ile hesaplanmıştır. Uydu yapısal modelinde, uydu dış yüzey malzemesi olarak, polimetil metakrilat (PMMA), cam (SiO2), alüminyum (Al) ve kurşun (Pb) malzemeleri kullanılmıştır. Malzemelerin kalınlıkları 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ve 5 mm olarak seçilmiştir. Bu malzemelerin üzerine uydu içinde ve uydu dışında olacak şekilde silisyum (Si) nokta dedektörleri tanımlanarak her bir nokta için ilgili radyasyon doz değerleri elde edilmiştir. Uydu dış yüzey malzemesi olarak polimetil metakrilat kullanıldığında yörüngede maruz kalınacak olan radyasyon doz seviyeleri, uydunun merkez noktasında tanımlanmış olan silisyum nokta dedektörüne göre, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ve 5 mm kalınlıkları için sırasıyla 291 krad, 90,56 krad, 31,69 krad, 17,03 krad, 10,57 krad ve 7,171 krad olarak hesaplanmıştır. Uydu dış yüzey malzemesi olarak cam kullanıldığında yörüngede maruz kalınacak olan radyasyon doz seviyeleri, uydunun merkez noktasında tanımlanmış olan silisyum nokta dedektörüne göre, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ve 5 mm kalınlıkları için sırasıyla 74,53 krad, 26,25 krad, 8,504 krad, 4,320 krad, 2,945 krad ve 2,428 krad olarak hesaplanmıştır. Uydu dış yüzey malzemesi olarak alüminyum kullanıldığında yörüngede maruz kalınacak olan radyasyon doz seviyeleri, uydunun merkez noktasında tanımlanmış olan silisyum nokta dedektörüne göre, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ve 5 mm kalınlıkları için sırasıyla 74,39 krad, 26,10 krad, 8,356 krad, 4,281 krad, 2,965 krad ve 2,472 krad olarak hesaplanmıştır. Uydu dış yüzey malzemesi olarak kurşun kullanıldığında yörüngede maruz kalınacak olan radyasyon doz seviyeleri, uydunun merkez noktasında tanımlanmış olan silisyum nokta dedektörüne göre, 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm ve 5 mm kalınlıkları için sırasıyla 5,822 krad, 3,270 krad, 2,428 krad, 2,067 krad, 1,839 krad ve 1,641 krad olarak hesaplanmıştır. Radyasyon analiz sonuçlarına göre malzeme kalınlıklarının ve özkütlelerin artmasıyla, uydu içerisinde maruz kalınacak olan doz seviyelerinin azaldığı gösterilmiştir. Tez çalışması kapsamında elde edilen tüm bulgular değerlendirildiğinde, tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiş olan nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistör tabanlı radyasyon sensörlerinin kullanıldığı radyasyon dedektörünün uzay uygulamalarında önemli bir potansiyele sahip olduğu düşünülmektedir.
Kanda siyanür tayini için floresan altın nanokümeler ile kombine mikroakışkan tabanlı bir platform tasarımı ve geliştirilmesi
Siyanür birçok evsel gıda ve üründe bulunabileceği gibi özellikle endüstride kullanılan birçok sentetik malzemenin yanma ürünleri olarak da ortaya çıkmaktadır. Özellikle birçok endüstri veya ev yangınında siyanür içeren bileşiklerin yanması sonucu ortaya çıkan hidrojen siyanür (HCN) gazından zehirlenme ile karbonmonoksit (CO) zehirlenmesi arasında ayrımın çok kolay yapılamadığı, teşhis ve buna bağlı tedavinin uygulanmasında zorluklar yaşandığı ve birçok can kaybının yaşanabildiği literatür kaynaklarında yer almaktadır. Siyanür içeren maddelerin ağız yoluyla alınması, solunması ve deriden emilimi sonucunda birçok toksik etki meydana gelmektedir. Siyanürün yarılanma ömrü kısa olduğundan, tedavi için teşhis hızı da çok büyük önem arz etmektedir. Günümüzde kan ve idrar bazlı siyanür tayini çalışmaları bulunmakta ancak hem örnek saklama hem de nakliye, maliyet ve analiz süreleri bakımından yetersiz kalmaktadır. Bu sebeple çok kısa süre içerisinde maruz kalan kişiden siyanür teşhisine ve maruz kalınan siyanür derişiminin (konsantrasyonunun) ölçülmesine olanak sağlayacak bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sebeple tez kapsamında, floresan altın nanokümelerin (AuNCs) siyanür varlığında sönümlenme etkisine dayanan ve insan tam kan plazmasından uygun maliyetli ve hızlı kolorimetrik siyanür tayini yapılabilen mikroakışkan bir sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. AuNC'ler ve siyanür arasındaki Elsner reaksiyonu, diğer metal iyonlarının ve tuzlarının aksine siyanür için yüksek seçicilik sağlamaktadır. 200 μm ve 500 μm kanallara sahip çok katmanlı bir mikroakışkan kompakt disk (CD) ve insan tam kanından hızlı plazma ayrıştırma işlemi için gerekli 500 RPM ve 5000 RPM dönme hızı aralığına sahip Arduino Uno tabanlı bir taşınabilir santrifüj cihazı da yine tez kapsamında tasarlanmış ve üretilmiştir. CD'nin dönme hızını kontrol etmek için gerekli yazılım da ayrıca geliştirilmiştir. Bir akıllı telefon ve ticari/ticari olmayan kullanımlar için ücretsiz sunulan bir cep telefonu uygulaması yardımı ile insan kan plazmasında siyanür tespiti için yeni bir kolorimetrik tayin yöntemi geliştirilmiştir. Sistem, insan kan plazmasındaki siyanürü, literatürde güvenli ve tehlikeli aralık olarak tanımlanan 0,1 mg/L ile 5 mg/L arasındaki derişim aralığında tespit edebilmektedir. Tez çalışmaları sonucunda ortaya çıkarılan, insan kan plazmasından son derece seçici, hızlı ve uygun maliyetli bir şekilde siyanür tayini yapabilen AuNC bazlı mikroakışkan sistem, geleneksel siyanür tespit sistemlerine güçlü bir alternatif olacaktır.
Sıcaklık ile ayarlanabilir vanadyum oksit temelli nanofotonik yapılar
Bu çalışmada, RF magnetron sıçratma ve ardışık tavlama prosesi ile büyütülmüş vanadyum dioksit (VO2) ince filmlerin faz değiştirme davranışı, optik ve elektriksel parametreleri üzerinden incelenmiştir. İnce filmlerin yapısal karakterizasyonu x-ışını kırınımı (XRD), aromik kuvvet mikroskopu (AFM) ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile yapılmıştır. IR yansıtıcılık ölçümleri FTIR metodu kullanılarak yapılmıştır. VO2'in faz değiştirme davranışı, sadece iki uç durum olan: sıcak (metalik) ve soğuk (yalıtkan) koşullarında incelenmemiş, aynı zamanda VO2'in doğal bir metamalzeme gibi davrandığı, metalik ve yalıtkan fazların bir arada bulunduğu faz geçiş bölgesine de odaklanılmıştır. Faz geçiş bölgesinde, metalik ve yalıtkan bölgelerin büyüklük ve şekilleri, sıcaklık ile değişim gösterirken buna bağlı olarak optik özelliklerinde kademeli olarak değişim elde edilir. Çalışmada VO2'in bu bölgedeki davranışını modellemek için önerilen bir bir yaklaşım olan Efektif Ortam Teoremi (EMT) kullanılmıştır. Söz konusu yaklaşımın devreye sokulduğu, transfer matris metodu (TMM) simulasyonlarının, ölçümlenen yansıtıcılık verisine yaklaştırılması ile analizler yapılmıştır. Bu yaklaşımla elde edilen sonuçlar, metalik ve yalıtkan bölgelerin sadece büyüklüğünün değil aynı zamanda biçimlerinin de sıcaklık ile dikkate değer bir değişim gösterdiğini ortaya koymuştur. Çalışmada, faz geçişi bölgesindeki ısınma ve soğuma döngülerinden deneysel olarak elde edilen verilerle görülen, VO2 filmin elektriksel ve optik özelliklerindeki histerik davranış, simulasyonlarla da ayrıca incelenmiştir. Son olarak, kızıl ötesi (IR) bölgede ayarlanabilir yansıtıcılık gösteren, planer (lithography-free) ve nano-desenlenmiş aygıtlar tasarlanarak, kimyasal buhar biriktirme (CVD), fiziksel buhar biriktirme (PVD), indüktif olarak eşlenmiş plazma ile reaktif iyon aşındırma (ICP-RIE) ve elektron demeti ile litografi (EBL) gibi fabrikasyon teknikleri kullanılarak üretilmiştir.
Fano-control of localized and nonlocalized nonlinear response
We investigate the response of nonlinear media interacting with metal nanoparticle-quantum emitter dimers. First, we study the controll of local nonlinear processes taking place in a hot-spot. Fano resonances can control nonlinear response in two ways. (i) A linear Fano resonance can enhance the hot spot field, resulting in an enhanced nonlinear signal. (ii) A nonlinear Fano resonance can enhance the nonlinear signal also without enhancing the hot spot. Here, we utilize the latter one, i.e., case (ii). On a basic analytical model, we obtain the steady state solutions for the linear and nonlinear response. We demonstrate the enhancement and suppression of the second harmonic generation (SHG) process. We also compare our results with the numerical solutions to Maxwell equations via finite difference time domain (FDTD) simulations. Most importantly, we demonstrate the suppression of SHG process by utilizing the FDTD simulations which is predicted by the analytical model. The suppression takes place if the level-spacing of the quantum emitter (QE) is chosen to match the SH frequency, i.e., Weg. Such a phenomenon can be utilized for preventing nonlinear losses. Second, we study the Fano-control of nonlocal processes, i.e., the ones taking place out of the hot spots. The Fano control of local nonlinear processes in the hot spots has already been studied extensively in the literature. Conventional frequency converters, however, operate throughout the crystal body. Thus, here we study the case where the frequency conversion process takes place along the body of a nonlinear crystal. Metal nanoparticle-quantum emitter dimers control the down-conversion process, taking place throughout the crystal body, via introducing interfering conversion paths. Dimers behave as interaction centers. We show that 2 orders of magnitude enhancement is possible at weak interaction strengths, on top of the enhancement due to localization effects. That is, this factor multiplies the enhancement taking place due to the field localization. Our findings also provide a switch mechanism for the nonlinear conversion via voltage tuning the level spacing of QEs.
Kıkırdak doku mühendisliği için nanopartikül / hidrojel bazlı kompozit yapıların geliştirilmesi
Nanopartiküller benzersiz biyofiziksel ve kimyasal özelliklere sahip biyoaktif yapılardır ve doku mühendisliği uygulamalarının gelecekteki gelişimi için büyük umut vaad etmektedirler. Bu çalışmanın amacı, kondrojenik farklılaşmayı arttırmak için aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartikülleri ile fonksiyonlaştırılmış jelatin metakrilat (GelMA) hidrojel iskelesini geliştirmektir. İlk olarak, kitosan ve aljinat biyopolimerleriyle çekirdek-kabuk nanopartiküler sentezlenmiştir. Nano ölçekte monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanopartiküllerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Modifiye edilmiş protokol ile hazırlanan monodispers aljinat-kitosan çekirdek-kabuk nanoparçacıklarının boyutları 60 ± 3 nm olarak ölçülmüştür. İkili nanopartiküler salım sisteminin oluşturulmasında büyüme faktörlerinin (transforme edici büyüme faktörü beta-1 (TGF β-1) ve insülin benzeri büyüme faktörü-1 (IGF-1)) optimum yükleme verimliliklerini ve salım profillerini elde etmek için farklı hazırlama koşulları uygulanmıştır. Seçilen hazırlama koşullarına göre, TGF β-1 ve IGF-1'in yükleme verimlilikleri sırasıyla % 93.34 ± 0.51 ve 91.92 ± 0.22'dir. 21 günlük salım profilleri sonuçları değerlendirildiğinde, TGF β-1 ve IGF-1 miktarları sırasıyla 15.86 ± 0.30 ve 28.71 ± 2.27 ng/mL ölçülmüştür. Daha sonra fotopolimerizasyon yöntemi ile GelMA hidrojelleri sentezlenmiştir. Hazırlanan nanopartiküller ve yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücreler GelMA hidrojellerine kapsüllenmiştir ve in vitro olarak 3 hafta inkübe edilmiştir. Hidrojelin ve yüklü ve yüksüz çekirdek-kabuk nanopartiküller enkapsüle edilmiş hidrojellerin yağ dokusu kökenli mezenkimal kök hücrelerin kondrogenezi üzerindeki etkileri biyokimyasal ve histolojik analizler ile değerlendirilmiştir. Kimyasal etmenler (kondrojenik ortam) varlığında, hidrojel içindeki TGF β-1 ve IGF-1 yüklü nanopartiküller içeren gruptaki DNA içeriği, 21. günde nanopartikül olan gruplarda olmayan gruplara kıyasla sırasıyla 1.71 ve 5.98 kat artmıştır. Öte yandan, kimyasal etmenler ve nanopartiküller içeren grupta glikozaminoglikan (GAG) üretiminin (573.60 ± 1.60 µg/numune) önemli ölçüde indüklendiği belirlenmiştir. Biyokimyasal analizlere ek olarak, GAG ve Tip-II kolajen boyama gibi histolojik analizler de kimyasal ve biyofiziksel etmenlerin uygulanmasının GAG ve Tip-II kolajen birikimlerini artırmış olduğunu göstermiştir. Özetle, nanopartiküllerle işlevselleştirilmiş hidrojel iskelesi, kıkırdak oluşumu için uygun bir ortam sağlamıştır ve böylece kıkırdak doku mühendisliği uygulamaları için umut verici bir yapı olmaktadır.
MnB yumuşak manyetik ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada, yumuşak ferromanyetik özelliğe sahip manganbor (MnB) ince filmlerin magnetron sputter yöntemi ile üretilmesi ve özelliklerinin araştırılması amaçlanmıştır. İnce filmler, sputter tekniği ile eş-zamanlı ve çok katmanlı olarak 75 nm ve 500 nm olmak üzere iki farklı kalınlıkta Si (100) alttaşların üzerine büyütülmüştür. Kalınlıkların böyle belirlenmesinin sebebi hem ince filmler üzerinde ki etkisini hem de görece kalın filmler üzerinde etkisinin incelenmesi amaçlanmasındandır. Eş zamanlı büyütülen kalınlığı 75 nm olan MnB ince film üzerine 10 nm Ti koruyucu üst katmanı büyütülen örnek için oksitlenmenin en az olduğu ve ortorombik Mn50B50 fazında olduğu X-ışını Fototelektron Spektroskobisi (XPS) ölçümlerinden belirlenmiştir. Üretilen MnB ince filmlerin manyetik özellikleri titreşimli örnek manyetometresi (VSM) ile manyetik alana [M(H)] ve sıcaklığa bağlı mıknatıslanma [M(T)] ölçümlerinden doyum mıknatıslanmasının 760 emu/cc ve Curie Sıcaklığının ise 566 K olduğu belirlendi. Bu değerlerin literatürde raporlanan yığın MnB yapısının manyetik özellikleri ile uyumlu olduğu ve MnB ince filmlerin literatürde ilk kez bu çalışmada başarıyla üretildiği anlaşıldı. Sentezlenen 75 nm ve 500 nm kalınlığındaki MnB ince filmlerde hem oksit yapısından kurtulmak hem de kristallenmeyi arttırarak manyetik özellikleri iyileştirmek amacıyla vakum sistem içinde (in-situ) ve yüksek sıcaklık fırınında (ex-situ) üretim sonrası ısıl işlem uygulanmıştır. Vakum sisteminde 500 oC'de tavlanan 75 nm kalınlığına sahip ince filmlerin ısıl işlem sonrasında amorf olduğu belirlenmiştir. Kalınlığı 500 nm olan örneklerin ise yüksek sıcaklık fırınında (hangi ortamda?) 800, 850 ve 900 oC gibi yüksek sıcaklıklarda ısıl işlem uygulanması sonucunda kristallendiği, fakat istenilen fazın yanında belirlenemeyen yan fazlarında oluştuğu gözlenmiştir.
Sürekli ve kesikli sistemlerde borat afinite kromatografisi için sabit fazların sentezi ve ayırma performanslarının belirlenmesi
Borat afinite kromatografisi günümüzde çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında borat afinite kromatografisinde sabit faz olarak kullanılmak üzere monodispers gözenekli silika (SiO2) ve manyetik silika (MagSiO2) mikroküreler (MagSiO2) sentezlenmiştir. Mikrokürelere 3-aminofenilborik asit (APBA) ligandı kovalent olarak bağlanmış sırasıyla APBA bağlı silika mikroküreler (SiO2APBA) ile APBA bağlı manyetik silika mikroküreler (MagSiO2APBA) elde edilmiştir. Sorbentlerin borat afinite kromatografisinde kullanılmak üzere uygunluğu diol grubu içeren ribonükleik asit (RNA) ve β-nikotinamid adenin dinükleotid (β-NAD) biyomoleküllerinin adsorpsiyon desorpsiyon davranışları ile incelenmiştir. Adsorpsiyon çalışmaları pH 8,5'ta ve oda sıcaklığında yürütülmüş, adsorpsiyon tamponu olarak HEPES tamponu kullanılmıştır. SiO2APBA mikroküreler kullanılarak biyomoleküller için kantitatif desorpsiyon verimleri elde edilmiş, RNA ve β-NAD için maksimum denge adsorpsiyon değerleri sırasıyla 60 ve 159 mg biyomolekül/g sorbent olarak bulunmuştur. Desorpsiyon çalışmalarında öncelikle pH 10,2 borat tamponu kullanılmış; desorpsiyon verimlerinin düşük bulunduğu SiO2APBA mikrokürelerin adsorpsiyon-desorpsiyon deneyleri RNA ve β-NAD için yarışmalı diol olarak farklı miktarlarda sorbitol eklenen pH 7,0 fosfat tamponu ile tekrarlanmıştır. Yarışmalı diol içeren desorpsiyon tamponu ile SiO2APBA mikrokürelerde kantitatif desorpsiyon verimlerine ulaşılmıştır. MagSiO2APBA mikroküreler ise pH 10,2 borat tamponu ile kantitatif desorpsiyon verimlerini sağlamıştır. SiO2APBA mikrokürelerin 300 μm çapında mikrokolona doldurulmasıyla ayrıca sürekli sistem çalışmaları yapılmıştır. RNA ve β-NAD biyomolekülleri için farklı başlangıç konsantrasyonları kullanılarak; sürekli sistemde de SiO2APBA mikroküreler ile tatmin edici izolasyon ve desorpsiyon verimlerine ulaşılmıştır. Örneklerde eser miktarlarda bulunan cis-diol grubu içeren biyomoleküllerin oluşturulan sürekli sistem yardımıyla düşük konsantrasyonlarda bile izolasyonunun sağlanabileceği görülmüştür. Bu çalışma kapsamında sentezlenen sabit fazların örnek seçilen RNA ve β-NAD biyomoleküllerin üzerinde adsorpsiyon ve desorpsiyon performansları incelenmiş, borat afinite kromatografisi için uygunluğu değerlendirilmiştir. Farklı biyomolekül ve sorbent konsantrasyonlarında alınan sonuçlar önerilen sistemin düşük hacimli örneklerden düşük konsantrasyonlarında bulunan cis-diol gruplu değerli biyomoleküllerin izolasyonunda kullanılabileceğini göstermiştir.
Preparation and characterization of starch nanoparticles for delivery of histone deacetylase inhibitor CG-1521 in breast cancer treatment
Starch nanoparticles offer many possibilities in drug delivery systems due to their biocompatibility and appropriate physicochemical properties. Sufficient systems have not yet been designed to deliver histone deacetylase inhibitors due to their poor solubility. These inhibitors are the novel therapeutic agents used for the treatment of several cancer's types including breast cancer. The low solubility of the histone deacetylase inhibitors significantly reduces their bioavailability and therapeutic indices. In this study, biocompatible starch nanoparticles have been synthesized to improve the sub-optimal therapeutic index of the CG-1521. Physicochemical properties of nanoparticles (size, zeta potential, morphology, drug loading, and release) were optimized. The fabricated nanoparticles possess the required optimal average size (180 nm) and polydispersity index (0.138) for enhanced permeability and retention for tumor targeting. Slightly negative zeta potential (-16.2 mV) of nanoparticles provides electro-kinetics stability and minimum aggregation. The scanning electron and atomic force microscopies analyses indicates that nanoparticles had spherical topographies and homogeneous distribution which is important for the fate of nanoparticles for cellular uptake. The spherical shape of nanoparticles provides faster internalization rates results in higher uptake. The physical characterization of nanoparticles followed by substantially high encapsulation efficiency (~69%) of drug. The encapsulation process reduces the rate of release of drug resulted in extended exposure to the drug. The faster drug release of encapsulated drug in acidic environment promotes more accumulation of drug in tumor site. In this study, the release of drug from nanoparticles in acidic environment exhibited additional release (16%) of encapsulated drug. The cytotoxic and apoptotic capacities of nanoparticles were investigated using MCF-7 breast cancer cells. The cytotoxic studies results demonstrated that at the equivalent concentration the encapsulated drug was more effective at inducing cell death. The apoptosis results confirmed that the encapsulated drug show significant apoptotic effect (60.45% apoptotic cells) in comparison free drug (28.45%) The cell cycles analysis demonstrated that treatment with the same concentration of encapsulaed drug significantly increase the cell proportion at the G1 phase (53.0%) compare to G1 population (49.5%) treated with free drug. G1/S arrest is most likely due the stabilization of acetylated isoform of p53 gene. To evalute the targeting potential of nanoparticles, the cytotoxic effects of Folic Acid–modified nanoparticles on MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cell lines were investigated. The results showed that the response of triple negative cell line MDA-MB-231 was more sensitive to modified formulation than MCF-7 cell line. The higher sensitivity is due the more aggressiveness of MDA-MB-231 cells and higher expression level of folate receptors compared to MCF-7 cells. The biological mechanism of drug-loaded nanoparticles at the molecular level has been evaluated using real-time quantitative PCR. The transcripts level of several genes involves in cell death, apoptosis, cell cycle and spindle formation were measured after treatments with free and encapsulated for 48 hours. The expression levels of majority of the transcripts used in the study showed a similar trend of upregulation or downregulation after interaction with the same dose of free and encapsulated drug. These results confirmed that the molecular activity of drug did not alter with the encapsulation process of drug. Within the scope of this study, the nanoencapsulation of CG-1521 significantly reduces the release of drug over time and increases its cytotoxic activity relative to the free drug at the same concentration. Moreover, CG-1521 encapsulated nanoparticles significantly induce cell cycle arrest and apoptosis in MCF-7 cells. This study demonstrates that starch nanoparticles may be a suitable and potential drug carrier candidate for histone deacetylase inhibitors in breast cancer treatment without interfering with the inhibitor's molecular activity.
Alt-birim protein antijenlerinin immunojenitesini artırmakamacıyla yeni adjuvant/taşıyıcı sistemlerin geliştirilmesi
Dünyada bir yıl içinde karşılaşılan ölümlerin yaklaşık %25'i enfeksiyon hastalıklarından kaynaklanmaktadır. Bunların önlenmesinde, en etkin ve güçlü bir yöntem aşılamadır. Ancak günümüzde, birçok enfeksiyon hastalığı için ne yazık ki aşı ya da aşılar mevcut değildir. Bu nedenle, etkinliği ve koruyuculuğu yüksek olan aşıların geliştirilmesi üzerinde çalışmalar yoğun olarak sürdürülmektedir. Yakın zamanda geliştirilen aşıların büyük bir kısmı rekombinant moleküller ya da patojenik organizmaların alt-birimlerinden oluşmaktadır. Bu yaklaşımın nedeni, elde edilen antijenlerin güvenliliği yüksek olması aynı zamanda da kolay ve büyük ölçekte üretilebilir olmalarıdır. Tercih edilen bu yaklaşım, her ne kadar yukarda bahsedilen üstünlüklere sahip olsa da anılan antijenik yapıların immünojenisitelerinin zayıf olması nedeniyle, etkin ve uzun süreli bağışıklık sağlanması için adjuvant kullanımı gerekmektedir. İmmün sistemin ve immün yanıt mekanizmalarının daha iyi anlaşılması ile adjuvant araştırmaları yeni bir boyut kazanmıştır. Adjuvantlar içeriklerine dayalı olarak, spesifik patojenle ilişkili moleküler paternler gibi davranarak, farklı mekanizmalarla doğal immün yanıtı tetiklemektedir. Bu çalışmada, yüksek oranda saflaştırılmış antijenlerin immunojenisitesini arttırma hedefli yeni bir adjuvant sistemi geliştirmek amacıyla Salmonella Typhi porinleri ve kitosanın birlikte kullanımı incelenmiştir. Bu amaçla porinlerle yükleme etkinliği yüksek kitosan bazlı jel ve nanopartiküller sistemler geliştirilmiştir. Hazırlanan formülasyonların, hücresel alımı konfokal lazer mikroskopi tekniği ile incelenmiştir. Makrofaj aktivasyonu, in vitro olarak, J774A.1 fare makrofaj hücre hattında, yüzey belirteçleri ve sitokin salımı belirlenerek incelenmiştir. Porinler tek başına makrofaj hücreleri tarafından alınmazken, kitosan ile kombine edildiğinde önemli düzeyde alım gerçekleştiği görülmüştür. Porinler+kitosan kombine sistemlerinin CD80 ve MHC-II (p<0.1) ekspresyonlarını ve TNF-α ve IL-6 seviyelerini indüklediği in vitro olarak gösterilmiştir. Ayrıca, porinler+kitosan kombinasyonunun IgG ve IgM seviyelerini arttırdığı in vivo olarak BALB/c farelerde gösterilmiştir. Sonuç olarak, porinler+kitosan kombinasyonu ile elde edilen kombine sistemin immün yanıtı önemli düzeyde artırdığı gösterilmiş olup, geliştirilmiş olan bu kombine sistemin alt birim aşılar için ümit verici bir adjuvant olarak önerilmektedir.
Antitrombojenik nanokompozit kalp kapakçık malzemelerinin geliştirilmesi
Tez çalışmasının amacı, hücresizleştirilmiş perikard yüzeyinin karbon nanotüp ile modifikasyonunun gerçekleştirilmesi suretiyle kan uyumluluğu yüksek antitrombojenik özelliğe sahip kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve bu yapıların kalp kapakçığı doku mühendisliğine yönelik uygulamalarda kullanımı için karakterize edilmesidir. Bu çalışmada güncel olarak kalp kapakçığı değişimi ameliyatlarında kullanılan mekanik ve biyoprostetik kalp kapakçıklarında meydana gelen trombojenite ve mekanik dayanım problemlerinin önüne geçilmesinde katkı sağlaması, bu sayede kalp kapakçığı ameliyatlarının tekrarlanmasına ve ömür boyu antikoagülan ilaçların kullanılmasına gerek kalmaması hedeflenmektedir. Bu kapsamda sığır kaynaklı perikard dokular kullanılmış ve bu dokuları hücresizleştirmek için uygun deselülerizasyon protokolü optimize edilmiş, sonrasında deselülerize edilen perikard doku yüzeyleri karboksillenmiş (-COOH) çok duvarlı karbon nanotüpler ile modifiye edilerek kompozit doku iskeleleri hazırlanmıştır. İlk aşamada deselülerizasyon optimizasyonu için dondurup çözme gibi fiziksel ve sodyum dodesil sülfat (SDS), Triton-X-100 gibi kimyasal yöntemler tek başına ya da fiziksel yöntem ile kombinasyonuyla kullanılarak hücresizleştirme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca kimyasal ajanların farklı konsantrasyonlarının deselülerizasyon başarısına etkisi incelenmiştir. Ardından Hematoksilen & Eozin, DAPI, Masson's Trichrome boyamaları ile histoloji analizleri ve PicoGreen, dimetil metilen mavisi (DMMB) ve hidroksipirolin kitleri ile de biyokimyasal karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmaların sonucunda uygun deselülerizasyon grubu dondurup çözme ve %0,5 SDS (a/h) kombinasyonu olarak belirlenmiştir. İşlem görmemiş ve optimize deselülerize grup olarak seçilen gruplar ayrıca termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometre (FTIR), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), mekanik analiz ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile analiz edilmiş ve morfolojik, termal ve mekanik açıdan karakterize edilmiştir. Tezin ikinci bölümünde deselülerize edilen sığır perikard dokular farklı konsantrasyonlarda karboksillenmiş karbon nanotüp solüsyonları ile etkileştirilmiş ve kompozit doku iskeleleri elde edilmiştir. Perikard ve karbon nanotüp etkileşiminin ne oranda başarılı olduğu termogravimetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektrometre (FTIR) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile karakterize edilmiştir. Etkileşme oranı en yüksek iki karbon nanotüp konsantrasyonu seçilerek kan uyumluluğu ve trombojenite değerlendirmeleri için trombosit adezyon testi, Calcein-AM boyaması, kinetik kan pıhtılaşma, hemoliz ve sitotoksisite analizleri gerçekleştirilmiştir. Bunlar dışında mekanik analiz ile karbon nanotüp modifikasyonunun mekanik dayanıma olan etkisi ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile de termal stabiliteleri incelenmiştir. Çalışılan iki kompozit malzeme de kan uyumluluğu ve antitrombojenite değerlendirmelerinde benzer sonuçlar göstermiş ve işlem görmemiş ve deselülerize doku iskelelerine kıyasla başarılı olmuştur.
Fenilketonüri hastalığının erken teşhisi ve takibi için disk tabanlı hasta başı tanı sisteminin geliştirilmesi
Fenilketonüri (FKÜ) otozomal çekinik kalıtım gösteren metabolik bir hastalık olup, hastalarda fenilalanin (FA) amino asitini, tirozin amino asitine çeviren fenilalanin hidroksilaz (FAH) enziminin fonksiyon bozukluğundan kaynaklanmaktadır. Hastaların kan, idrar ve diğer vücut sıvılarında biriken FA amino asiti ve yan metabolit ürünleri (fenilpirüvat, fenillaktik asit vb.) santral sinir siteminde miyelinizasyonu bozarak mental-motor geriliğe neden olmaktadır. Ülkemiz hastalığın görülme sıklığı ve sahip olduğu hasta popülasyonu açısından dünyada 1. sırada yer almaktadır. Yenidoğan döneminde tanı alan hastalarda fenilalaninden fakir diyet tedavisi ile zekâ geriliği önlenebildiğinden erken tanı, tedavi ve takibe başlanması önem taşımaktadır. Günümüzde kan FA ölçümü için bakteriyel büyüme inhibisyon testi (Guthrie), florimetrik immünoassay, enzimatik kolorimetrik test, HPLC (direkt amino asit analizi için) ve tandem kütle spektrometrisi (MS/MS) metodları kullanılmaktadır. Tüm bu metodlar için tam donanımlı sağlık merkezlerine ve bu merkezlerde bulunan gelişmiş cihazlara, teknik alt yapıya ve eğitilmiş personele ihtiyaç duyulmaktadır. Ülkemizde, FKÜ hastalarından toplanan tüm kan örnekleri, sadece Ankara ve İstanbul olmak üzere 2 merkez tarafından taranmaktadır. Fakat hastaların bir bölümü, bulundukları illerde bu taramanın rutin bir şekilde yapılamamasından dolayı, belli aralıklarla vermeleri gereken kan örneklerini düzenli bir şekilde vermemektedir. Ayrıca verilen kan örneklerinin her iki kente gönderimi ve saklanması ise tarama işlemine ekstra bir maliyet getirmektedir. Bu nedenle kan FA ölçümü için kolay, ucuz ve mümkünse en küçük yerleşim biriminde bulunan sağlık ocaklarında bile uygulanabilir bir metodun geliştirilmesi oldukça önemlidir. Bu sebeplerden dolayı tamamlanan tezin amacı, Fenilketonüri hastalığının erken tanısına ve tedavi sürecinin takibine imkân veren Disk-Üstü-Laboratuvar analiz (Lab-on-a-CD) sistemi tabanlı yeni bir hasta başı test sistemi geliştirmekti. Bu sistem kapsamında CD şeklinde tek kullanımlık kartuşlar ve bu kartuşlardaki odacıklarda kullanılacak elektrotlar geliştirilmiştir. Sistem, FKÜ hastalığının tanı ve tedavisinde kullanılacak elektrokimyasal ölçüm yapan Disk-Üstü-Laboratuar analiz (Lab-on-a-CD) sistemi olarak hazırlanmıştır. Geliştirilen test sistemi hem taşınabilir hem de kantitatif sonuç verebilen bir sistem olmuştur. Test kiti, tanısı istenen teste göre özelleşebilen, 10 cm çapında 3,5 mm kalınlığında biyouyumlu polimetilmetakrilat (PMMA, pleksi) malzemeden, sifon sistemi geometrisi ile tasarlanan tek kullanımlık kartuşlardan meydana gelmiştir. Elektrokimyasal ölçümlerde serigrafi baskılı altın elektrotlar kullanılmıştır. Grafen oksitin, elektrot üzerinde elektrokimyasal olarak indirgenerek biriktilmesiyle elektrotlara modifikasyon yapılmış ve ölçüm hassasiyeti 1,5 kat arttırılmıştır. FA miktarının elektrokimyasal olarak ölçülmesi, fenilalanin dehidrogenaz (PDH) enzimi varlığında NAD+'nin NADH'e oksidasyonunun sağlanması ve NADH oksidasyon reaksiyonunun amperometrik olarak saptanması esas alınmıştır. 0-20 mg/dL ölçüm aralığında R2 0,9955 doğrusallık elde edilmiş, tespit limiti 0,0524 mg/dL, ölçüm limiti 0,1587 mg/dL ve hassasiyet 0,3338 (mg/dL)/µA olarak saptanmıştır. Yapılan seçicilik çalışmalarıyla sistemin FA'ya özgü olduğu belirlenmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında geliştirilen sistemle valide yöntem olan HPLC metodu karşılaştırılmıştır. HPLC ölçümlerinin numune içerisindeki FA derişimlerine yakınlık doğruluk yüzdesi 83,1 iken geliştirilen test kitinin doğruluk yüzdesi 84,1 olarak hesaplanmıştır.
Trombosit aktivasyonu için alternatif mekanik yöntemlerin belirlenmesi ve geliştirilmesi
Trombositler pıhtı oluşumu, yara iyileşmesi ve doku yenilenmesinde görevli kan hücreleridir. Kan plazmasında çeşitli ayırma yöntemleri ile zenginleştirilerek trombositçe zengin otolog plazma elde edilir. Bu plazma PRP (platelet-rich plasma) olarak isimlendirilir. PRP'nin etkinliği yara iyileşmesi ve doku yenilenmesi üzerine yapılan çeşitli klinik çalışmalarla kanıtlanmıştır. Bunun yanında aktive edilmiş PRP kullanımında bu etkinliğin arttığı bilinmektedir. Aktive PRP ile yapılan çalışmalarla iyileşme sürecinin hızlandığı gösterilmiştir. Ancak PRP aktivasyonunda kullanılan biyokimyasal yöntemler inflamatuar etki yaratabilmektedir. Bu nedenle tez çalışması kapsamında trombosit aktivasyonu için alternatif mekanik yöntemler geliştirmek amaçlanmıştır. Mikroakışkan sistemlerde kayma gerilimi uygulayarak aktivasyon ve ultrasonik ses dalgaları ile uyarım araştırılan yöntemlerdir. Tez çalışması kapsamında mikroakışkan sistemlerde farklı genişliklere sahip sütunlu ve düğümlü tasarımlar yapılmıştır. Bu tasarımlar akış simülasyonunda test edilerek uygulanan kayma gerilimleri belirlenmiştir. Daha sonra bu çipler PMMA (polimetil metakrilat) tabakalardan CO2 lazer ile işlenerek üretilmiştir. Üretilen çiplerin karakterizasyonu optik profilometre ve USB mini mikroskop ile yapılmıştır. Ultrasonik ses dalgası ile uyarım için iki piezoelektrot tutucu hazne ve bir plazma haznesinden oluşan bir kit tasarlanmıştır. Bu iki piezoelektrotlardan birisi verici diğeri alıcı olarak kullanılmıştır. Üretilen akustik dalganın validasyonu bu şekilde yapılmıştır. İki piezoelektrotun arasında ise trombositleri içeren plazma haznesi bulunmaktadır. Bu kit PMMA ve asetat tabakalar kullanılarak hazırlanmıştır. Aktive edilen trombositler akım sitometrisi ile CD62P (P-Selektin) ekspresyonuna göre incelenmiştir. . Mikroakışkan çiplerinde en yüksek trombosit aktivasyon oranını %83.0 ile 97.5 dyne/cm2 kayma gerilimine sahip 8düğüm500 tasarımı verirken, ultrasonik yöntemlerde en yüksek aktivasyon oranını %53.9 ile 0.55 MHz frekanslı ses dalgaları vermiştir. Bu prototipler biyomedikal uygulamalarda kullanılmak üzere üretilecek kitler önemli bir altyapı oluşturacaktır.
L-karnitin yüklü polimerik ve lipit bazlı nanopartiküler sistemlerin hazırlanması ve in-vitro değerlendirilmesi
L-karnitin, metabolizmada yağ yıkımını ve kas yapımını arttırıcı metabolik etkilerinden dolayı son yıllarda obezite, diyabet, bölgesel zayıflama gibi çağın önemli sorunlarının tedavisinde dikkat çekmektedir. Temel işlevi uzun zincirli yağ asitlerinin beta oksidasyona uğratılması için mitokondriye aktarılması olan L-karnitin, vücuda hem eksojen hem de endojen olarak iki kaynaktan sağlanmaktadır. Gıdalardan alınan L-karnitin'in en önemli kaynakları, kırmızı et ve süt ürünleridir. Gıda sektöründeki suni yemleme ve seri üretimin artışı, yiyeceklerle alınan L-karnitin'in vücuttaki miktarının yetersiz kalmasına sebep olmakta, buna bağlı olarak obezite oranları artmaktadır. Bu nedenle L-karnitin, sporcular ve kilo vermek isteyen kişiler tarafından sıklıkla takviye olarak alınmaktadır. Ancak, L-karnitin'in düşük biyoyararlanıma sahip olması (%14-18), vücutta depolanamaması ve yarılanma ömrünün kısa olması (30-60 dk) nedeniyle, etkin tedavi sağlanabilmesi için sık doz uygulama gerektirmektedir. Ayrıca, L-karnitin'in Avrupa ve Amerikan Farmakope Monograflarında tanımlı impüriteleri bulunmaktadır. Bu nedenle, içerisinde safsızlık varlığı bilinen L-karnitin'in yüksek miktarda ve sık aralıklarla uygulanması toksik ve yan etkileri arttıracağından, kontrollü salım sistemlerinin geliştirilmesi oldukça önem arz etmektedir. Kontrollü salım sistemleri olarak nanopartiküler ilaç taşıyıcı sistemlerin geleceği, nanopartikül yapısının ve hedefleme mekanizmasının aydınlatılmasının yanı sıra hücre üzerine etkilerinin metabolik düzeyde değerlendirilmesine bağlıdır. Nanolipozomlar; hücre membranına benzer lipit çift tabaka yapısında olup, etkin madde penetrasyonunu arttırma özelliğine sahiptirler. Polimerik nanopartiküller ise; kontrollü salım ve artırılmış stabilite özellikleri nedeniyle nanotaşıyıcı sistemler arasında en sık kullanılan etkin ve güvenilir sistemlerdir. Bu amaçla tez kapsamında; L-karnitin yüklü nanolipozom ve PLGA nanopartikül formülasyonları hazırlanmış, formülasyonların karakterizasyon (partikül boyutu (PB), polidispersite indeksi (PDI), zeta potansiyel (ZP), morfoloji (SEM), yüzde enkapsülasyon etkinliği (%EE), moleküler yapı/termal özellikler aydınlatma (FT-IR/ATR, TGA)) ve stabilite çalışmaları yapılmıştır. L-karnitin enkapsüle edilmiş nanolipozom (Lipo-karnitin) ve L-karnitin enkapsüle edilmiş PLGA nanopartikül (Nano-karnitin) formülasyonları için sırasıyla; PB değerleri 97.88±2.96 nm ve 250.90±6.15 nm; PDI değerleri 0.35±0.01 ve 0.22±0.03; ZP değerleri 6.36±0.54 mV ve -30.80±2.26 mV; %EE değerleri ise 14.26±3.52 ve 21.93±4.17 olarak bulunmuştur. Diyaliz membran yöntemiyle, Lipo-karnitin, Nano-karnitin formülasyonları ve L-karnitin'in aynı konsantrasyondaki serbest çözeltisiyle karşılaştırılmalı in-vitro salım çalışmaları yapılmıştır. Kontrol çözeltisi 1. saatin sonunda konsantrasyonun %90'ını ani salım ile sonlandırırken, hazırlanan her iki formülasyon için, 1. saatin sonunda gözlemlenen ani salım etkisinden (% 59.90 ve % 65.19) sonra, 2, 4, 6, 8 ve 12.saat salım noktalarından, geciktirilmiş bir kontrollü salım profili elde edilmiştir. Salım profillerine kinetik modeller (sıfırıncı derece, birinci derece, Higuchi, Hixson Crowell) uygulanmış, determinasyon katsayısı (r2) değerlerinin sırasıyla 0.8539 ve 0.9167 bulunduğu ve her iki formülasyonun da "Birinci Derece" kinetik modele uyum sağladığı tespit edilmiştir. Salım çalışmalarını takiben, in-vitro koşullarda kardiyak fibroblast hücreleri üzerinde formülasyonların etkinliği metabolomik çalışmalar ve yolak analizleri ile değerlendirilmiştir. Kardiyak fibroblastlarda yüksek enerji ihtiyacından dolayı mitokondri sayısı fazladır. Dolayısıyla L-karnitin, enerjilerinin çoğunu yağ asidi oksidasyonundan türeten bu hücrelerin metabolizması için, kritik bir rol oynamaktadır. Hücre içi metabolizma bileşenleri olan metabolitlerin belirlenebildiği ve düzeylerinin anlık görüntüsünün alınabildiği metabolomik çalışmalardan elde edilen sonuçlar kıyaslanarak serbest L-karnitin'in ve L-karnitin yüklü nano-sistemlerin amino asit, karbonhidrat ve lipit metabolizmaları üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. L-karnitin'in salım süresinin uzatılmasıyla paralel olarak, Lipo-karnitin ve Nano-karnitin formülasyonlarının, amino asit, karbonhidrat ve lipit metabolizmaları üzerinde etkili oldukları saptanmıştır. Polar yan zincire sahip amino asit düzeylerinin artışında en etkili formülasyonun Nano-karnitin olduğu belirlenmiştir. Sitrik Asit (SA) döngüsüne ait sitrik asit, akonitik asit, süksinik asit, fumarik asit, malik asit, okzaloasetik asit düzeylerinde Nano-karnitin formülasyonu, kontrol ve Lipo-karnitin gruplarına kıyasla daha etkili bulunmuştur. Yeterli miktarda bulunduğunda glutamata dönüşen ve bu bileşik üzerinden ornitin, arjinin ve prolin aminoasit metabolik yolakları üzerinde etkili olan SA döngüsü arabileşeni α-ketoglutarat için ise, Lipo-karnitin normalize edilmiş pik alanı değerinde bütün gruplara göre anlamlı (p<0.05) bir düşüş (-1.321±0.20) gözlenmiştir. Doymuş yağ asitleri ve doymamış yağ asitleri üzerine etkileri ayrı ayrı incelendiğinde ise, Lipo-karnitin'in, serbest L-karnitine ve Nano-karnitine kıyasla daha etkili olduğu saptanmıştır. Sonuç olarak, uzun süreli etki ile L-karnitin'in yarılanma ömrünün uzatıldığı, sık kullanımın önlenmesine bağlı olarak yan etkilerinin azaltıldığı ve hasta uyuncunun arttırıldığı nano-sistemler hazırlanmış, serbest L-karnitin grubuna kıyasla daha etkili bir metabolomik profil değişikliği sağlanmıştır. Böylece hücrelerin ortamda aşırı bulunan maddeleri depolamak yerine, bu maddeleri metabolik işlevlerde etkin olarak kullanmalarını sağlayacak ve piyasada bulunan konvansiyonel preparatlara alternatif olabilecek yenilikçi nano formülasyonlar geliştirilmiştir.
Nanomodifiyeli kardiyopleji solüsyonunun miyokard korunmasındaki etkisinin gözlenmesi
Bu tez çalışmasında, Poli (2-hidroksietil metakrilat) (PHEMA) ve Poli (2-hidroksietil metakrilat)-N-metakriloil-(L)-histidin metil ester (PHEMAH) nanopartiküller ile modifiye edilmiş kardiyopleji solüsyonlarının miyokard koruması üzerindeki etkisi invitro olarak incelenmiştir. Sentezlenen nanopartiküllerin karakterizasyonu için zeta boyut analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR), şişme deneyi ve yüzey alanı ölçümleri yapılmıştır. PHEMAH nanopartiküllerin L-histidin adsorpsiyon davranışı nanopartikül ve L-histidin arasındaki etkileşimler incelenerek açıklanmıştır. Farklı tampon çözeltilerin, başlangıç L-histidin derişiminin, adsorpsiyon süresinin ve sıcaklığın L-histidin adsorpsiyonuna etkisi incelenmiştir. En yüksek adsorpsiyon kapasitesine MES tamponunda, 1,5 mg/ml L-histidin başlangıç derişiminde ve 45 dakikalık adsorpsiyon süresinde ulaşılmıştır. En yüksek adsorpsiyon kapasitesi 251,2 mg/g'dır. Farklı derişimlerde nanopartikül içeren, farklı hacimlerdeki Histidin, Triptofan, Ketoglutarat (HTK) solüsyonuna ait örneklerin, 3-[4,5-dimetil-2- tiazolil]-2,5-difenil tetrazolyum bromid (MTT) Testi ile in-vitro etkileri karşılaştırılmıştır. HUVEC (İnsan Umblikal Ven Endotel Hücreleri) hücre hattında miyokard korunmasındaki rolleri için gruplar arası başarı durumları ortaya konulmuştur. PHEMA ve PHEMAH nanopartiküller ile modifiye edilmiş kardiyopleji solüsyonunun HTK'ye göre daha az hacimde daha iyi hücre canlılığı yüzdesi sağladığı ve miyokard korumasını destekleyebileceği yönünde üstün bir potansiyel taşıdığı gösterilmiştir.
İçi boşluklu gözenekli nanopartiküllerin ilaç taşıyıcı sistem olarak hazırlanması ve incelenmesi
Etkin maddelerin etkisini gösterebilmesi için kanda kalış süresinin arttırılması, bu sayede daha etkin bir Akut Miyeloit Lösemi (AML) tedavisi sağlanabilmesi amacıyla iç boşluğu sayesinde ilaç taşıma kapasitesi yüksek, proton-sünger etkisiyle (proton-sponge effect) endozomdan kaçarak etkinliğini gösterebilecek, kanda kalış süresi uzatılmış bir ilaç taşıyıcı sistem tasarımı bu tezde ele alınmıştır. Öncelikle elde edilen gözenekli silika sistemin tanımlanabilmesi için karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Dinamik ışık saçılımı (DLS) ile ortalama partikül büyüklüğünün yaklaşık 200 nm olduğu anlaşılmış, bu bilgi Transmiyon Elektron Mikroskopisi (TEM) ile kontrol edildiğinde partiküllerin yaklaşık 150 nm olduğu ortaya çıkmıştır. Ayrıca partiküllerin iç boşluklarının başarıyla oluştuğu da gözlenmiştir. X-ışını kırınım desenleri ile partiküllerin dış çeperinin gözenekli kristal özellikte olduğu, azot adsorpsiyon-desorpsiyon yöntemi ile (Braun-Emmet-Teller yöntemi, BET) gözenek çapının yaklaşık 16 nm, yüzey alanının 232 m2/g olduğu anlaşılmıştır. Elde edilen partiküllerin yüzey yükünün negatif olduğu, bu yükün pozitife dönüşmesiyle poli etilen glikol bağlanmış kitosan (Kitosan-PEG) kaplamanın gerçekleştiği sonucuna varılmıştır. Yapılan hücre kültürü çalışmalarıyla, etkin madde yüklenmemiş partiküllerin herhangi bir toksik etki göstermediği, yüklü partiküllerin ise serbest etkin madde ile yakın bir toksik etki gösterdiği gözlenmiştir. Bunun üzerine gerçekleştirilen in vivo çalışmalardan elde edilen veriler, kitosan-PEG kaplamasının kanda kalış süresini arttırdığını göstermiştir. Tasarlanan sistemin AML tedavisi için umut vaadettiği düşünülmektedir.
Elektrokaplama yöntemi ile elde edilen metal oksitlerin memristif ve yapısal özellikleri
Geleneksel hafıza yapılarıyla kıyaslandığında daha küçük alanda daha çok veri tutabilme, düşük güç kullanımı, yüksek işlem hızı ve kalıcı hafıza özelliği göstermeleriyle memristörler, yeni nesil hafızalar arasında öne çıkmaktadır. İlk olarak hafıza uygulamalarında çalışılmaya başlanmasına rağmen, mantık devreleri, nöral sistemler ve kaotik devreler gibi analog ve dijital olmak üzere oldukça geniş bir kullanım alanı vardır. Ancak, avantajlarına rağmen, iletim mekanizmasının henüz tam anlamıyla anlaşılamamış ve kontrol edilemiyor olması, endüstriyel olarak kullanımı önünde engel oluşturmaktadır. Memristörün davranışını belirleyen en temel parametreler üretim süreci ve kullanılan malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, kullanımı kolay ve düşük maliyetli bir yöntem olan elektrokimyasal kaplama ile memristör aktif katman üretimi gerçekleştirilmiştir. Sulu metansülfonik asit içerisinde anodik oksidasyon yöntemi kullanılarak üretilen TiOx katmanı, yapısında oksijen eksikliği olan Magneli fazında titanyum oksitlerden meydana gelmektedir. Memristörün anahtarlama performansını arttırmak amacıyla gerçekleştirilen uygulamalardan biri de aktif katmana metal iyon tanıtılmasıdır. Bu çalışmada, farklı derişimlerde ana çözeltiye eklenen Mn+2 'nin anodizasyon sürecine ve iletim mekanizmasına etkileri tartışılmıştır. Ek olarak, elektrokimyasal olarak aktif ve pasif elektrotların da cihazın performansına etkileri araştırılmıştır. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonu için çeşitli metroloji teknikleri kullanılmıştır. Yüzeyde oksit yapıları topografik olarak AFM ve SEM ile görüntülenmiştir. XRD ile yapılan yapısal analiz, yapısında oksijen eksikliği bulunan Magneli fazında TiOx üretiminin, tavlama gibi ek işlemlere gerek olmadan tek aşamada gerçekleştirildiğini göstermiştir. EDX ve XPS sonuçlarına göre, çözeltiye eklenen mangan oksitlenerek aktif katmanın yapısına katılmaktadır. Gerçekleştirilen ince film kalınlık ölçümlerinde ise, titanyum oksit oluşumunun da mangan tarafından desteklendiği gözlemlenmiştir. Farklı mangan derişimlerinde üretilen aktif katman yapılarında, derişime göre çift kutuplu ya da arayüz tipi anahtarlamaya rastlanmıştır. Sonuç olarak; ince film kalınlıkları, oksijen içeriği ve mangan derişiminin elektriksel özelliklere etkileri incelenmiştir.
İki aşamalı total eklem protezi ameliyatları için antibiyotik yüklü boşluk doldurucuların geliştirilmesi
Nanoteknoloji alanındaki çalışmaların hız kazanması ile nanoteknolojik malzemeler ve bu malzemelerin kullanımı; her alanda olduğu gibi biyomedikal ve tıp alanında da artmıştır. Malzemenin nano boyutta incelenmesi ve dizayn edilebilmesi, tıp alanında da bir takım yenilikçi düşünceleri beraberinde getirmiştir. Bunlar arasında en çok kullanılan ve üzerinde çalışılan konu ise, ilaç hedefleme ve kontrollü ilaç salım sistemleridir. İlaç hedefleme sistemleri; belirli bir etken maddenin özel yapılarla donanımlaştırılarak, hedeflenen doku veya organa taşınmasını sağlayan sistemlerdir. Kontrollü salım sistemleri ise; uygun ilacın yönlendirildiği veya uygulandığı bölgede, uzun süreli olarak ve etkin değer aralığında ortama ilaç salan sistemlerdir. Günümüzde bu çalışmalar yoğun şekilde devam etmekte ve bu çalışmalar da ilaçların etkin dozda ayarlanması ve uygulanan tedavilerin sonuçlarının sağlıklı olması açısından oldukça büyük önem taşımaktadır. Yeni ilaç salım sistemleri ve yöntemlerinin geliştirilmesi, tıp ve biyomedikal alanda birden fazla sorunu çözebilecek yeni teragnostiklerin bu alana kazandırılmasında öncü çalışmalar olacaktır. Bu tez çalışmasında; ortopedi alanında kullanılmak üzere, antibiyotik salım sürelerini uzatmak ve salınan antibiyotiğin etkin doz aralığında kalmasını sağlamak amacıyla, total eklem protezi ameliyatlarında sıklıkla kullanılan ''antibiyotik yüklü spacer'' ların (boşluk doldurucu kemik çimentoları) geliştirilmesi amaçlanmıştır. Günümüzde kullanılan boşluk doldurucuların hammaddesi polimetilmetakrilat olup aynı zamanda kemik çimentosu olarak da bilinmektedir. Bu malzeme biyomedikal alanda ticari olarak satılmakta olan, ameliyat esnasında pratik bir şekilde hazırlanabilen, sadece monomeri ve başlatıcısına ek olarak içine antibiyotik ilave edilebilen ve yaklaşık 15 dakikada polimerize olarak verilen şekli koruyabilen bir malzemedir. Bu malzemenin mekanik dayanımı ve biyouyumluluğu gibi olumlu özellikleri bulunmaktadır. Ancak poröz olmayan yapısı nedeniyle içeriğinde bulunan ilacın salımının istenilen düzeyde olmaması önemli bir dezavantaj oluşturmaktadır. Bu durum cerrahları daha etkili bir malzeme arayışına yönlendirmektedir. Nanoyapılı ilaç taşıyıcı sistemlerin kullanılması bu durumda uygun bir yaklaşım olmaktadır. Bu amaçla; cerrahide kullanılan boşluk doldurucuların ilaç salım sürelerini uzatmak ve etkin doz aralığında kontrollü ilaç salımını sağlamak için, ortopedide sıklıkla kullanılan bir antibiyotik olan ''vankomisin'', aljinat nanopartiküllere yüklenmiş olup hazırlanan antibiyotik yüklü nanopartiküller kitosanla kaplanmıştır. Daha sonra antibiyotik yüklü aljinat-kitosan nanopartiküller; antibiyotik içeren aljinat jel içerisinde homojenize edilerek, antibiyotik ve antibiyotik yüklü nanopartikül ihtiva eden aljinat jel çözeltisi elde edilmiştir ve antibiyotik içeren boşluk doldurucular hazırlanmış olan bu çözelti ile kaplanmıştır. Elde edilen malzemeleri karakterize etmek amacıyla in vitro ilaç salım analizleri yapılmıştır. Boyut analizi için Zeta Sizer, morfolojik inceleme amacıyla ise geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılmıştır. Kimyasal özelliklerin belirlenmesi için FT-IR spektrumları incelenmiştir. Hücre canlılığı testi için ise MTT metodu kullanılmıştır. Anahtar sözcükler: Aljinat-kitosan nanopartikül, ilaç taşıyıcı sistemler, vankomisin, iki aşamalı total eklem cerrahisi, boşluk doldurucu, ortopedi.
Yeni polimer/organik MMT (organik silika)/ biyopolimer nanokompozit karışımlarının reaktif ekstrüzyon yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Recently, polymer nanocomposites have attracted great attention of industrial and academic society to get different kind of enforced valuable material. Biodegradable nanocomposites of different polymers are also in focus during new product development due to environmental concerns and regulations. Material properties of polymers can be enhanced dramatically by incorporating layered silicates and biodegradation can be suited with lactic acid or caprolactone based polymers together with suitable compatibilizers and fillers. Different kinds of formation of layered nanocomposite type materials frequently exhibits remarkable improvements, such as high storage modulus, tensile, and flexural properties, decrease in gas permeability and flammability or fire retardency and provide an increase in the biodegradability. In this study, novel isotactic polypropylene (PP) based multi-functional nanocomposites were fabricated in melt by a one-step reactive extrusion using a Rondol twin-screw extruder at preoptimized processing conditions and investigated in situ chemical and physical processes occurring during the extrusion of multifunctional polymer blend compositions. The compositions of reactive blends include PP as a matrix polymer, PP-g-MA graft copolymer as a reactive compatibilizer, copolymer covalently encapsulated silica nanoparticles (NPs) as reactive nanofiller-compatibilizer, and intercalated biodegradable poly (D, L-lactide) (PLA) or poly (ɛ-caprolactone) (PCL) silicate layers nanocomposites using ODA-MMT as a reactive or DMDA-MMT as a non-reactive nanofillers. The chemical and physical structures, morphology, thermal behaviors and mechanical and rheological properties (shear stress and viscosity) as well as effects of origin organoclay and polyester, and copolymer encapsulated silica NPs on the main properties of nanocomposites were investigated by FTIR, solid state 13C and 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA and DMA (shear stress and viscosity) analysis methods, respectively. There was demonstrated that the essential improvement of crystallinity, thermal stability, rheological and mechanical parameters, surface and internal morphologies of the nanocomposites as compared with those for a matrix polymer. Better results were observed for nanocomposites containing reactive organoclay and PCL polyester. Colloidal copolymer-silica NPs showed a well dispersion effect on structure of new polypropylene composites due to interactions of molecular bonds between different layers. Similarly, together with PP based pristine polymer, investigations made on multifunctional polymer blend nanocomposites (NCs) consisting EPDM elastomer as a matrix polymer, bioengineering polyesters (PLA and PCL), PP-g-MA compatibilizer and covalently encapsulated colloidal alternating reactive copolymer-g-APTS (-aminopropyl trimethoxysilane)-silica nanoparticles (NPs) as reactive compatibilizer-nanofillers, and organoclays (reactive ODA-MMT and complexable DMDA-MMT) nanofillers that were fabricated in melt by a one-step reactive extrusion nanotechnology. The chemical and physical structures, morphology, thermal behaviors, mechanical and rheological properties of NCs, as well as effects of origin organically and polyester, and colloidal copolymer-g-silica (NPs) on the main properties of the nanocomposites were confirmed again by FTIR, solid state 13C and 29Si NMR, XRD, SEM-TEM, DSC-TGA and dynamic rotary rheometric analysis methods. The effects of bioengineering polyesters and their molecular mass, origin of organology, and reactive PP-g-MA compatibilizer were evaluated. Moreover, colloidal copolymer-g-silica NPs as reactive compatibilizer-nanofiller play an important role in the formation fine dispersed morphology on nanocomposites structure of polymer blends. This structural occurrence is due to affective in situ physical and chemical interactions in multifunctional polymers/nanofillers blends. These interactions occur in the chosen lower temperatures of the five barrier zones at 120 oC, 130 oC and 130 oC, 145 oC and 145 oC during a one-step cycle (around 5-10 min) of reactive extrusion processing. Chemistry and physics of in-situ interfacial interactions in multifunctional NCs during extruding process were also estimated. These interactions of bonds due to multifunctional groups of reactive compatibilizers and silica copolymers inside nanocomposite material show behaviour difference on thermal, rheological properties compared to pristine polyesters/polymers.
Kanser tedavisinde kullanılmak üzere ipek protein nanopartiküllerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Son yıllarda kanser tedavisinde yeni nesil bir yöntem olarak kanser hücrelerini hedeflemeye yönelik metodlar geliştirilmekte böylece sağlıklı hücrelerin zarar görmesi engellenebilmektedir. Bu yöntemlerden biri olan siRNA tedavisi, doğrudan sorunlu gene mRNA düzeyinde etki ederek potansiyel bir terapötik yaklaşıma sahiptir. Ancak siRNA'nın sahip olduğu negatif yükün etkisiyle hücre membranından kolay geçememesi, plazma ve hücresel sitoplazmada nükleazlar tarafından hızlı bir şekilde degredasyona uğrama ihtimali ve dolayısıyla yarı ömrünün kısa olması terapötik kullanımını kısıtlayan engellerdendir. Dolayısıyla, siRNA taşınımı için etkili ve uygun bir taşıyıcı sisteminin kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. DNA, RNA ya da ilaç gibi ajanların hücre içine alınmalarını kolaylaştırmak ve olası toksisiteleri minimuma indirmek için nanopartiküller uygun boyutlarıyla taşıyıcı olarak sıklıkla kullanılmaktadır. İpek protein nanopartiküller toksik olmamaları, biyobozunur olmaları, vücuttan kolay atılabilmeleri, kararlılıkları ve fonksiyonel gruplar içermeleri nedeniyle hücre kültürü ve doku mühendisliği araştırmalarında kullanılan FDA onayı almış bir malzemedir. Ayrıca, genetik materyal taşıyıcısı olarak yüksek transfeksiyon etkisi ve DNaz enzimlerine karşı dirençliliği nedeniyle viral olmayan taşıyıcı sistemlerde son yıllarda tercih edilen cazip malzemelerdendir. Bu tez kapsamında serisin ve fibroin ipek proteinleriyle albuminin farklı oranlardaki etkileşimleriyle elde edilen dokuz farklı nanopartikül yapısı sentezlenmiş, optimizasyon ve karakterizasyonları yapılmıştır. Nanopartiküller PLL (poli-l-lizin) ile etkileştirilerek siRNA bağlanması arttırılmış ve ligand olarak hiyaluronik asit (HA) ile modifiye edilerek larinks kanseri hücrelerine seçimli nanopartiküller elde edilmiştir. CK2, ASH2L ve Siklin D1 hedefleyen siRNA'lar ile donatılan nanopartiküllerin gen susturma etkinliği HEp-2 hücre hattında in vitro ve fare modellerinde in vivo olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, PLL ile dekore edilmiş, HA bağlı albumin:serisin (Alb:Ser) 2:1 w/w nanopartiküllerinin, diğer nanopartikül yapılarına göre siRNA taşınımı için daha iyi bir aday olduğu ve larinks kanseri tedavisinde umut vaat edici terapötik potansiyelin olduğunu göstermektedir.
İlaç taşıyıcı sistem olarak kullanılmak üzere kil-protein kompozit nanopartiküllerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Kontrollü salım sistemleri geleneksel yöntemler ile kıyaslandığında azaltılmış toksisite, artırılmış verimlilik, hasta uyumu ve rahatlığı içeren avantajlara sahiptir. Biyolojik olarak bozunabilir polimerler, biyolojik uyumu ve çevre dostu özellikleri nedeniyle son yıllarda kontrollü ilaç taşıyıcı sistemler arasında aktif bir taşıyıcı olarak şiddetle tavsiye edilmektedir. Bunların yanı sıra küratif etkilere sahip malzemeler kullanarak da kontrollü ilaç taşıyıcı sistemler geliştirilmekte ve bu sayede hem etken maddenin yan etkilerinden uzaklaşılmakta hemde kullanılan malzemenin tedavi edici özelliğinden faydalanılmaktadır. Kontrollü salım sistemlerinden nanopartiküller ilacın terapötik indeksini iyileştirmekte, toksisitesini azaltmakta, çözünürlüğünü ve kararlılığını arttırmakta ve uzun zaman periyodunda ilacın sürekli salımını sağlayarak kararlı etkin terapötik etki oluşturmasını sağlamaktadır. Bu sebeplerden dolayı, sunulan tez kapsamında, kanser tedavisinde kullanılmak üzere kil-protein kompozit nanopartiküller sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve kolon kanseri hücre hattı üzerinde saponin taşıyıcı sistem olarak sitotoksik etkinliği araştırılmıştır. Sunulan doktora tezi kapsamında, literatürde ilk defa kompozit nanopartiküllerin desolvasyon tekniği ile hazırlanmasında protein olarak insan serum albümin (HSA) ve kil olarak montmorillonit (MMT) kullanılmıştır. HSA'nın, toksik etkisinin ve immunojenitesinin olmaması ve kolay modifiye edilmesi kullanım sebebidir. MMT ise yüksek yüzey alanı/hacim oranı ve katyon değişim kapasitesi ile birlikte nanopartiküllerin gastrointestinal bariyeri geçmesi için muko-yapışkanlık sağlamasından dolayı tercih edilmiştir. Bu malzemeler kullanılarak hazırlanan kompozit nanopartiküllerin morfolojik özellikleri Taramalı ve Geçirimli Elektron mikroskobu (SEM, TEM) ile analiz edilmiştir. Kimyasal özellikleri ise Dinamik Işık Saçılımı (DLS), Fourier Transform İnfrared Spektroskopisi (FTIR), Enerji Dağılımlı X-Ray Analizi (EDX), Matriks ile Desteklenmiş Lazer Desorpsiyon/İyonizasyon Kütle Spektroskopisi (MALDI-TOF MS) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) tekniği ile değerlendirilmiştir. Çalışmanın son basamağında MMT-HSA kompozit nanopartiküllerin kanserli hücrelerle olan etkileşimleri incelenmiştir. Bu amaçla etken madde olarak, saponin (SAP) kanser hücreleri üzerinde sitostatik ve sitotoksik etkilere sahip olmasından dolayı tercih edilmiştir. Bu amaçla kompozit nanopartiküllerin kolon kanseri hücre hattı (DLD-1) üzerinde sitotoksik etkinliği belirlenmesi için gerçek zamanlı hücre analizi (RTCA) ve nitel ve nicel hücre alım çalışmaları için konfokal lazer taramalı mikroskop (CLSM) ve fluorometre çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen bulgular sonucunda, literatürde ilk defa sentezlenen MMT-HSA kompozit nanopartiküllerin kontrollü ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanımının ümit vaad ettiği görülmüştür.
Siklodekstrin nanopartiküllerin sitotoksik etki mekanizmasının aydınlatılmasında biyoenformatik yaklaşımlar
Bu tez çalışmasında amaç, daha önceden üretilmiş farklı kimyasal yapılara ve yüzey yüklerine sahip amfifilik siklodekstrin nanopartiküllerin kanser hücreleri üzerine sitotoksik etki mekanizmasının metabolomik çalışmalar sonucu gerçekleştirilecek farklı biyoenformatik yaklaşımlarla tespit edilmesidir. MDA-MB-231 meme kanseri hücre hatları, ilaç taşıyıcı sistem olarak önerilmiş siklodekstrin nanopartiküller ile işlem görmüş ve hücre çoğalmasını önleyici etkinin (antiproliferatif etki) en yüksek miktarda gözlendiği nanopartikül ve doz üzerinden çalışılmıştır. Çoğalmanın siklodekstrin nanopartikül ile önlendiği hücre hatları işlem görmüş hücre hatları olarak kullanılmış ve T grubu şeklinde isimlendirilmiştir. Hiçbir şekilde nanopartiküllerle işlem görmeden çoğalmanın önlenmediği grup ise kontrol grubu olarak kullanılmış ve C grubu şeklinde isimlendirilmiştir. T ve C gruplarından elde edilen hücreden arındırılmış lizat çözeltisinden sitozolik fraksiyonlar elde edilmiş ve bu fraksiyonların metabolit profillemesi amacıyla sıvı kromatografisi kütle spektrometrisi (LC-MS) bazlı metabolomik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Metabolit profilleme sonucu herhangi bir şekilde kanser ilacı taşımayan siklodekstrin nanopartiküllerin etkisi ile çoğalmanın önlendiği gruplar (T grupları) ile kontrol grupları (C grupları) arasında metabolom düzeylerindeki değişmeler karşılaştırılmıştır. LC-MS yöntemiyle elde edilen ham verinin içerisinden metabolitlerin bulunarak profillenmesi (tanımlanması) ve T ile C grupları için miktarlarının karşılaştırılması ancak uygun yazılım ve veribankası desteği ile mümkündür. Bu amaçla farklı biyoenformatik yaklaşımlar denenmiş ve metabolit profillemede R programlama dili altında çalışan serbest erişimli bir platorm olan XCMS'in CentWave ve MatchedFilter algoritmaları ile metabolitlere ait pikler tanımlanmaya çalışılmıştır. Bununla birlikte Human Metabolome Database (HMDB) ve Metlin Database veribankaları kullanılarak ortak bulunan metabolit pikleri birbiri ile karşılaştırılmıştır. Ham verilerin değerlendirilmesinde, XCMS Centwave algoritması ve MatchedFilter algoritmasının kesişim kümesi MetaboAnalyst ile ilişkilendirilmiştir. Metabolit profilleme sonucu T ve C grupları için farklılaşan en yüksek miktarda metabolit teşhis edilmiştir. Elde edilen veriler siklodekstrin nanopartiküllerin kanser hücreleri üzerine sitotoksik etki mekanizmasının aydınlatılmasında kullanılmıştır.
Elektrokimyasal yöntemle grafen nanoşerit esaslı cam fiber-karbon platform üzerinde triklosan tayini
Karbon malzemeler, karbonun sahip olduğu benzersiz özellikler nedeniyle sağlık, tekstil, ve elektronik gibi birçok farklı alanda yaygın kullanıma sahiptir. Kömür katranı da ekonomik olması ve yüksek miktarda karbon içermesi nedeniyle karbon malzemeler için öncü kabul edilmektedir. Bu çalışma kapsamında çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) ve karbon nanotüplerin kimyasal oksidasyonu sonucunda elde edilen grafen nanoşeritler (GNR) cam fiber - kömür katranı karışımı içerisine dop edilmiştir. Örneklerin yapısal ve elektriksel özelliklerinin anlaşılabilmesi için X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskobisi (SEM), Raman spektroskopisi, dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) karakterizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Karakterizasyon sonucu cam fiber–kömür katranı karışımı içerisine grafen nanoşerit dop edilmesi ile üretilen örneğin (GF-CTP-GNR) yapısında oksitlenmiş karbon türlerinin varlığı ve GF-CTP-GNR'nin diğer örneklere göre daha düzensiz yapıda olduğu tespit edilmiştir. Karakterizasyon işlemlerinin ardından üretilen malzemeler preslenerek disk elektrot haline getirilmiş ve bu elektrotların triklosan tayininde kullanılabilirliği test edilmiştir. Elde edilen karakterizasyon verileri ışığında performansı en yüksek elektrotun GF-CTP-GNR olduğu belirlenmiştir. Performansı en yüksek elektrot üzerinde gerçek numune analizi yapılmıştır. Gerçek numune olarak dört farklı çeşme suyu kullanılmış ve geliştirilen yöntemin doğruluğu ve kesinliği test edilmiştir. Elde edilen veriler grafen nanoşerit katkılı elektrotun doğruluk ve kesinliğinin yüksek olduğunu göstermiştir.
Prostat kanseri biyobelirteçlerinin tayini için nanoplazmonik platformların hassasiyetinin arttırılması
Vücut sıvılarından kanser biyobelirteçlerinin tayini erken teşhis açısından büyük önem taşımaktadır. Lokalize yüzey plazmon rezonans (LSPR) bazlı sistemler hiçbir işaretleyici ajana gerek duymadan ultra-düşük (ag/mL) konsantrasyonlarda biyomoleküllerin tayininde kullanılan en güçlü optik biyosensör sistemleridir. Bu avantajlarına rağmen birçok biyomolekül için tespit limitleri istenilen seviyelerde değildir. Özellikle düşük moleküler ağırlına sahip belirteçler tespit edilememektedir. Bu tez çalışmasının amacı nanoplazmonik platformların hassiyetinin arttırılması ve düşük molekül ağırlıklı belirteçlerin tayini için altın nanopartiküllerin dinamik koşullarda (mikroakışkan platformlarda) "in-situ" olarak büyütürek plazmonik eşleşmelerin arttırılması ve böylece hassasiyeti arttırılmış, kolay ve maliyetsiz nanoplazmonik platformlar geliştirmektir. Tezin ilk bölümünde altın nanopartiküllerin elektrik alan etkileşimlerinin teorik analizleri yapılarak daha hassas bir ölçüm için en uygun altın nanopartikül boyutu ve konfigürasyonu incelenmiştir. Bu amaçla farklı partikül boyutuna sahip altın nanopartiküllerin (20, 50, 80 ve 100 nm) Mie teorisi yöntemi kullanılarak altın nanopartiküllerin yüzeylerinde meydana gelen elektrik alanlar incelenmiş ve en yüksek elektrik alan oluşturan nanopartikül boyutunun 50 nm olduğu bulunmuştur. Daha sonra 50 nm partikül boyutuna sahip altın nanopartikülün ikili, üçlü ve dörtlü dizileri oluşturulmuş en yüksek elektrik alan arttırımının 40.85 V/m ile dörtlü nanopartikül dizisinde olduğu ve 11.10 artış faktorüne (enhancement factor) sahip olduğu gösterilmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde ise elde edilen teorik veriler ışığında farklı partikül boyutuna sahip altın nanopartiküllerin polistiren (PS) yüzeylere polietilenimin (PEI) aracılığıyla immobilize edilerek yüzeylerin nanoplazmonik özellikleri incelenmiş ve nanoplazmonik yüzeylerin en keskin LSPR sinyalini 548±1.5 nm ile 1 mg/mL PEI ile immobilize edildiği yüzeylerin gösterdiği bulunmuştur. Tezin üçüncü bölümünde ise nanoplazmonik platformların hassasiyetinin arttırılması için maliyetsiz yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde PS yüzeye immobilize edilmiş altın nanopartiküller (50 nm) mikroakışkan platformlara entegre edilerek statik ve farklı akış rejimleri gösteren dinamik ortamlarda (laminar ve türbülans akış) "in-situ" olarak büyütülmüştür. Laminar ve türbülans akış rejiminin olduğu mikroakışkan çiplerde altın nanopartiküller artan LSPR sinyaliyle birlikte PS yüzeylerde daha homojen büyüdüğü ve tek sıra halinde diziler oluştuğu gözlenmiştir. "In-situ" partikül büyümelerinden sonra yüzeye başlangıçta 50 nm olarak immobilize edilen altın nanopartiküller statik ortam, laminar akış ve türbülans akış ortamlarında sırasıyla 110±14, 123±12 ve 175±6 ortalama partikül boyutuna ulaşmıştır. Ayrıca "in-situ" partikül büyütmelerinden sonra türbülans "in-situ" nanoplazmonik yüzeylerin LSPR sinyallerindeki sönüm yoğunluklarında 3 kata kadar artışla beraber maksimum dalga boyunda anlamlı kaymalar (kırmızı) gözlemlenmiştir. Tezin son bölümünde ise farklı molekül ağırlığına sahip prostat kanser biyobelirteçleri (BSA (66 kDa), TGF-β1 (12.8 kDa) ve BMP-2 (13 kDa) standart, statik (in-situ) ve türbülans (in-situ) nanoplazmonik yüzeylerde analiz edilmiştir. Türbülans (in-situ) nanoplazmonik yüzeylerin yüksek (BSA) ve düşük molekül ağırlıklı (TGF-β1 ve BMP-2) prostat kanseri biyobelirteçlerinin tayininde 1 pg/mL konsantrasyonundan itibaren standart olarak hazırlanan nanoplazmonik yüzeyler ve statik (in-situ) nanoplazmonik yüzeylere göre daha hassas olduğu gösterilmiştir. Bu sonuçlar, mikroçip içine entegre edilmiş nanoplazmonik platformun güvenilir, doğru, tekrarlanabilir ve uygulanabilir olduğunu göstermiştir.
Nanoboyutlu polimerik miseller sistemler ile gen tedavisine yönelik yaklaşımlar
Gen tedavisi, genetik kaynaklı pek çok hastalığın tedavisinde son zamanlarda oldukça ilgi gören etkili bir tedavi yöntemidir. Gen tedavisinin başarısı, terapötik genin hedef dokuya ya da hücreye en güvenli ve başarılı bir şekilde aktarımı için verimli bir taşıyıcının geliştirilmesine bağlıdır. Son zamanlarda viral olmayan taşıyıcı sistemler arasında özellikle katyonik polimerlere dayanan polimerik sistemler biyomedikal uygulamalarda oldukça dikkat çekmektedir. Bu düşünceden yola çıkarak tez çalışmamızda, meme kanserinin apoptotik gen ile tedavisinde kullanılan terapötik BikDD geninin meme kanseri hücrelerine başarılı bir şekilde aktarımı için biyouyumlu ve biyoparçalanır PEtOx tabanlı yeni bir blok kopolimer sentezi ile etkin bir nanotaşıyıcı sistemin hazırlanması, hazırlanan bu taşıyıcı sistemin yüksek verimlilik ile MCF-7 ve MDA-MB-468 olmak üzere iki farklı meme kanser hücrelerine aktarılması ve in vitro hücresel etkinliğinin değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmamızda küçük boyut, biyouyumluluk, yüksek yapısal stabilite, kanda uzun kalış süresi ve ayarlanabilir amfifilik özellikleri ile umut verici gen taşınma ajanları arasında yer almakta olan katyonik yapıda polimerik miseller kullanılmıştır. PEtOx tabanlı blok kopolimerler ile uygun misel formülasyonlarının üretimi ve karakterizasyonu yapılmıştır. Tez çalışmamızda, biyouyumlu ve biyoparçalanır özellikteki PEtOx polimeri misel formülasyonlarının hidrofilik bloğunu oluşturmak için kullanılmış olup, görünmez özellikteki Poli(etilen glikol)(PEG) polimerine yeni bir alternatif ajan olarak önerilmiştir. Poli(2-etil-2-oksazolin) (PEtOx)'un iki farklı oranda (%30 ve %60) kısmi hidrolizi ile elde edilen pozitif yük kaynağı lineer Poli(etilenimin)(PEI) içeren PEtOx-ko-PEI-b-PCL katyonik kopolimerler ile hazırlanan misellerin fizikokimyasal özellikleri açısından karşılaştırılması yapılmıştır. Lineer PEI'nin toksisite gibi çeşitli dezavantajlarının, çalışmamızda blok kopolimerin üretim metoduna bağlı olarak azaltılması ve PEI'in pozitif yükünden yararlanarak DNA ile sıkı kompleks oluşumu amaçlanmıştır.İki farklı hidroliz derecesinde PEI içeren blok kopolimerlerden hazırlanan bu misellerin terapötik BikDD geni ile misel/gen kompleksleri hazırlanmış ve bu komplekslerin karakterizasyonları, stabilite çalışmaları, in vitro hücre canlılık analizleri, gen aktarım etkinlikleri, gen ekspresyon analizleri ve BikDD geni kaynaklı apoptotik ölüm etkinlikleri karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Bu iki farklı hidroliz derecesindeki miseller arasından %60 hidroliz derecesindeki (PPP60) miseller ile MCF-7 hücrelerinde %40 oranında apoptoz kaynaklı yüksek hücresel ölüm ve düşük sitotoksisite elde edilmiştir. Ayrıca, PPP30 miseller sistemler ile kıyaslandığında MCF-7 hücrelerine yaklaşık 6 kat daha yüksek transfeksiyon etkinliği ile aktarım tespit edilmiştir. Sonuçlar hidroliz derecesinin artmasına bağlı olarak miseller sistemlerin etkinliğinin arttığını göstermiştir. Bu tez çalışması kapsamında elde edilen tüm sonuçlar, PEtOx tabanlı blok kopolimerler ile hazırlanan yeni miseller sistemlerin, meme kanserinin apoptotik gen tedavisinde ortaya koydukları başarılı sonuçları ile etkin taşıyıcı sistemler olduğunu göstermiştir. Özellikle PPP60 misel/BikDD gen formülasyonu düşük boyutu, dar polidispersite aralığı, yüksek pozitif yükü, etkili DNAz-I ve serum stabilitesi, yüksek gen kondanse etme kapasitesi, sağlıklı hücrelerdeki biyouyumluluğu, yüksek transfeksiyon etkinliği, hücre içi ekspresyonu ve apoptozu indükleyici özellikleri ile en etkili formülasyon olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak, PEtOx'un kısmi hidrolizi ile sentezlenen PEI içeren blok kopolimerden yeni bir viral olmayan gen taşıyıcı miseller sistemin hazırlanması ve kanserin apoptotik gen tedavisinde terapötik gen aktarımının araştırılmasına yönelik olarak yapılmış ilk çalışma olup tezin özgün değerini oluşturmuştur. Elde edilen sonuçlar bu konuda literatüre katkıda bulunmuştur.
Kompozit formda monodispers gözenekli mikrokürelerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücrelerinde kullanımı
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, kompozit formda metal oksit bazlı eş boyutlu ve gözenekli mikrokürelerin sentezi için çok basamaklı hidroliz-kondenzasyon yöntemi geliştirilmiş ve bu mikrokürelerin boya duyarlı güneş hücrelerinde elektron transfer ortamı olarak kullanımıyla hücrelerin verim davranışları incelenmiştir. Eş boyutlu ve gözenekli silisyum dioksit (SiO2), titanyum dioksit (TiO2) ve seryum dioksit (CeO2) partiküllerinin ardından metal kompozitler olarak; titanyum dioksit katkılanmış silisyum dioksit (TiO2@SiO2), seryum dioksit katkılanmış silisyum dioksit (CeO2@SiO2), seryum dioksit katkılanmış titanyum dioksit (CeO2@TiO2) mikrokürelerinin farklı katkılama oranları ile sentezi yapılmıştır. Bu mikroküreler boya duyarlı güneş hücrelerinin anot olarak davranış gösteren çalışan elektrotuna bir tabaka halinde ayrı ayrı sürülerek yarı-iletken bir katman oluşturulmuştur. Bu mikrokürelerin yanında, sentezlenen TiO2 ve CeO2 mikroküreler ayrı ayrı TiO2 nanoküreler ile farklı oranlarda karıştırılarak güneş hücrelerinde yarı-iletken olarak kullanılmıştır. Güneş hücresindeki akımın oluşmasında elektron sağlayıcı Rutenyum bazlı N-719 boya ve elektrolit olarak Tri-iyodür/İyodür (I-3 / I-) redoks çifti kullanılmıştır. Yapılan performans ölçümlerinde enerji dönüşüm verimleri, TiO2 için 1.06, CeO2 için 0.025, TiO2@SiO2 'nin sırasıyla tek ve çift yüklemeleri için 0.023 ve 0.043 olarak ölçülmüştür. CeO2@SiO2 'nin düşük miktarlardaki katkılamalarından yükseğe doğru 0.015, 0.064, 0.031, CeO2@TiO2 'nin düşük miktarlardaki katkılamalarından yükseğe doğru 0.017, 0.2 ve 0.01 değerleri elde edişllmiştir. Öte yandan, ikinci bir deney seti olarak, TiO2 ve CeO2 mikroküreler farklı ağırlık yüzdelerinde ayrı ayrı TiO2 nanokürelere eklenerek boya duyarlı güneş hücrelerine yarı-iletken tabaka olarak uygulanmış ve verim değerleri karşılaştırılmıştır. TiO2 mikrokürelerinin ağırlıkça (w/w) %1, %5, %10, %20, %50 oranlarında TiO2 nanopartiküllerine eklenmesi sonucu enerji çevrim verimleri sırasıyla; 0.044, 0.019, 0.150, 0.610 ve 0.60 olarak ortaya çıkmıştır. CeO2 mikrokürelerinin ağırlıkça (w/w) %1, %5, %10, %20, %50 oranlarında TiO2 nanopartiküllerine eklenmesi sonucu enerji çevrim verimleri sırasıyla; 0.130, 0.10, 0.017, 0.005 ve 0.037 olarak bulunmuştur. Sentezlenmiş eş boyutlu, ve gözenekli TiO2 ve SiO2 metal kompozitleri ile gözenekli CeO2 mikroküreler literatürde ilk kez boya duyarlı güneş hücrelerinde kullanılmıştır. Ayrıca, ağırlıkça farklı oranlarda TiO2 ve CeO2 mikrokürelerinin TiO2 nanokürelere eklenmesi ile oluşturulan karışımlar güneş hücrelerinde kullanılması çalışmanın literatüre diğer bir katkısıdır.
Gözenekli bazı nano malzemelerin akışkan (gaz/sıvı) depolama potansiyelleri üzerine AR-GE çalışmaları
Bu tez çalışmasında, günümüzün önemli ihtiyaçlarından biri olan enerji depolamaya ve çevre kirliliği sorunlarına çözüm olma potansiyeline sahip, gözenekli doğal ve yapay nano malzemelerde akışkanların depolanması konusu çalışılmıştır. Kazakistan Maitobinsky bölgesinden çıkarılan doğal zeolit çeşitleri, ülkemizde yetişen tavuk, deve kuşu ve güvercin yumurtalarının kabukları ile, 410-450-500 oC sıcaklıklarda kimyasal yollarla sentezlenen, mikro ve nano ölçekli büyüklüklere sahip gözenekli metal oksit malzemeler (SiO₂, TiO₂, MnO₂ ve CeO₂) bu tez çalışması kapsamında incelenmiştir. Sentez sıcaklığı farklılıklarının metal oksit nano yapılar üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Örneklerin, ilk aşamada nano morfolojileri belirlenmiş, ardından akışkan depolama için uygun morfolojilere sahip olanların, H2, CO2, N2 ve H2O tutma potansiyelleri incelenmiştir. Analizler sonucunda, incelenen malzemelerin, 1-3B basit morfolojilerinin yanında; çekirdek-kabuk, fraktal, eliptik silidir gibi karmaşık yapı modellerine sahip olabildikleri gösterilmiştir. Bu çalışmalar, odaklanılan gözenekli malzemelerin; küresel ısınmanın baş nedenlerinden olan metanı, çevre kirliliğinde önemli rol oynayan karbon temelli gazları, içme sularında karşılaşılan toksik kimyasalları (arsenik, cıva, krom, kurşun, siyanür, nikel vb.), tutma ve depolama özelliklerine sahip olabileceklerine işaret etmektedir. Ayrıca, bu malzemelerin enerji depolama amaçlı olarak da kullanılabilecekleri ve hidrojen depolama özelliklerinin var olduğu bu tez kapsamında yapılan çalışmalar ile gösterilmiştir. Bu bağlamda çalışılan malzemelerin akışkan tutma özellikleri, literatürde ilk kez elektron yoğunluğu farkına kadar hassas yapısal bulgular barındıracak şekilde, X-Işını saçılma (SAXS: Küçük Açı X-Işını Saçılması ve WAXS: Geniş Açı X-Işını Saçılması) yöntemleri ile ağırlıklı olarak belirlenmiştir. Gözenekli yapılarda depolanan akışkan miktarları, gözenek elektron yoğunluğu farkı-yüzey alanı değişimleri ile ilişkilendirilmiş ve üç boyutlu olarak ab-initio yöntemler ile görselleştirilmiştir. SAXS yöntemi ile, literatürde ilk kez bu çalışmada malzemelerin akışkan depolama potansiyelleri, jirasyon yarıçapları mertebesinde belirlenmiştir. Buna göre, klinoptilolit yapıda olduğu belirlenen doğal zeolitin hacimce en fazla % 17,2 azot, %7,1 hidrojen ve %20,7 su tutma potansiyeli olduğu sonucunda varılmıştır. Yumurta kabukları da benzer şekilde incelendiğinde, tavuk, güvercin ve deve kuşu yumurtası kabuklarının sırasıyla hacimce en fazla hidrojen tutma potansiyellerinin % 24,0 % 20,3 ve % 16,9 olduğu anlaşılmıştır. Metal oksitlerden 410-500°C 'de sentezlenen TiO₂'lere odaklanılmış ve CO₂, H₂, su buharı depolama potansiyelleri olduğu sonucuna varılmıştır. Hidrojen depolama potansiyeli en fazla bulunan örnek ise hacimce % 24,9 ile 410 °C'de sentezlenen TiO₂ olmuştur. Bu bulgular Fourier Dönüşümlü Kırmızı Altı (FTIR) spektrometresi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ölçümleri ile de moleküler ve mikroskobik ölçekte desteklenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda, SAXS ve WAXS yöntemleri kullanılarak eş zamanlı incelen örneklerin endüstriyel uygulamalar için yapısal yoğunluk dalgalanmaları takip edilebilmiştir. Ayrıca bu yöntemle, malzemelerin üretiminde ve kullanım öncesinde standardizasyon ve kalite çalışmalarının da yapılabileceği vurgulanmıştır.
Nanobio-approaches for the detection of bacteria by SERS
The main objective of this PhD thesis is to develop nanobio-based detection/identification protocols for pathogenic bacteria. Escherichia coli (E.coli) was the main target bacteria, Staphylococcus aureus (S.aureus) and Salmonella infantis (S.infantis) were included for comparison. Bacteria and their specific bacteriophages (used as specific bioprobes) were obtained from the expert laboratories and American Tissue Culture Collections (ATCC), and propagated, characterized and used by us. To enhance the optical signals, several plasmonic nanoparticles namely silver nanospheres (AgNPs), gold nanospheres and nanorods (AuNPs and AuNRs) were synthesized, characterized and the selected ones were used in the further studies described below. The SERS experiments were conducted in the following two different protocols: (i) The plasmonic nanoparticles were deposited on the carrier matrices, target bacteria were dropped and the SERS spectra were collected, then bacteriophages were added and changes in the spectral peaks were observed; (ii) the bacterial suspensions were mixed with the gold nanorod emulsions, then they were dropped on silica slides to collect the spectral data, then bacteriophages were added onto those surfaces and spectral changes with time were obtained. Especially the second protocol was very successful. The LSPR studies were performed on glass slides coated with polydopamine - carrying also the nanoparticles aggregates. We were able to follow a similar protocol that we applied in the SERS I experiments and changes in the LSPR spectra were used to describe the specific interaction of the target bacteria with their specific phages. Descriptive spectra for detection of three bacteria and their respective phages using the AuNPs were also obtained with a MALDI-TOF MS system. Especially changes in the specific phage peaks with time were found very descriptive. In the final part of the studies, the cross-linked gelatin microbeads were prepared and T4 phages were loaded within these gelatin hydrogel microspheres by a very simple technique. The results of loadings and release studies were concluded as the proof of concept of improving storage and release characteristics in use of bacteriophages effectively. Key words: Pathogenic bacteria, Detection, Bacteriophages, Nanoparticles, SERS, LSPR, MALDI-TOF MS, Gelatin hydrogel microspheres, Phage loading and release.
Organik modifiye montmorilonit (Org-MMT) ve gümüş içeren fonksiyonel anhidrit kopolimer-kil nanokompozitlerin hazırlanması ve biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi
Nanoteknoloji ve nanomalzemeler bilimsel çalışmaların merkezi haline gelmeye başlamıştır. Günümüzde biyoteknoloji, tıp, farmasötik ve malzeme alanında çeşitli ihtiyaçları karşılayabilecek ve sorunlara çözüm getirecek fonksiyonel yapıların geliştirilmesi önemlilik arz etmektedir. Polimer nanokompozitlerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu ön plana çıkan alanlardan biri olmakla birlikte endüstriyel ve akademik alanda ilgi toplamaktadır. Bu tez çalışmasının amacı; antibakteriyel ve antikanser özellikli poli(MA-ard-NVP) kopolimer ve poli(MA-ard-NVP)-Org-MMT-gümüş kopolimer-organokil nanokompozitlerin tasarımı, sentezi, karakterizasyonu ve biyolojik analizlerinin yapılmasıdır. Bu amaçlara uygun olarak çalışmanın ilk basamağında üç farklı alkilamonyum tuzu kullanılarak kilin modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. İyon değiştirme reaksiyonu sonucu organofilik hale getirilen kilin polimerizasyona hazır olması sağlanmıştır. Modifikasyon aşaması ile beraber gümüş içeren modifiye killerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Modifiye killerin yapıları FTIR ve XRD analizleri ile aydınlatılmıştır. Çalışmanın ikinci basamağında, organofilik-Montmorilonit (Org-MMT) kili, maleik anhidrit (MA) ve n-vinil pirolidon (NVP) monomerlerinin 1:1 oranında kullanılmasıyla yük transfer kompleks (CTC) radikal kopolimerizasyon yöntemi ile kopolimer ve kopolimer-organokil nanokompozitlerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezi gerçekleştirilen kopolimer ve kopolimer-organokil nanokompozitlerin yapısal özellikleri FTIR ve XRD analizleri, termal özellikler TGA ve DSC, yüzey özellikleri (XPS) teknikleri ile aydınlatılmıştır. Çalışmanın son basamağında sentezlenen kopolimer ve kopolimer-organokil nanokompozitlerin antibakteriyel ve hücre canlılığına etkisini araştırmak üzere biyolojik analizler gerçekleştirilmiştir. Sentezi gerçekleştirilen kopolimer-organokil nanokompozitlerin antibakteriyel ve antikanser özelliklerine sahip oldukları bulunmuştur.
Escherichia coli ve Salmonella enteritidis tayinine yönelik yatay akış analiz sistemi geliştirilmesi
Son yıllarda patojen bakterilerin hızlı ve doğru tespiti, halk sağlığı ve gıda güvenliği açısından oldukça güncel bir araştırma alanıdır. Bu amaca yönelik etkin yöntemlerden biriside, Yüzeyde geliştirilmiş Raman saçılması (SERS) olup, duyarlılığı, sinyali çoğaltma yetkinliği, taşınabilirliği ve kâğıt tabanlı yatay akış immünoassay (LFIA) sistem, yüksek analiz hızı, aynı zamanda düşük maliyetli olması nedeniyle patojen mikroorganizma tespitinde güçlü ve etkili bir teknik olarak öne çıkmaktadırlar. Yapılan bu çalışmanın birinci aşamasında, yaygın patojenitesi bilinen ve seçilen E. coli ve S. enteritidis suşları, SERS tabanlı LFIA sistemi oluşturmak için, raman etiketi DTNB; 5,5 ́-Dithiobis(2-Nitrobenzoik asit) kullanıldı, ikinci aşamada da Fe3O4/Au-PEI nanopartikülleri ile ön-zenginleştirme yapıldıktan sonra, seçilen patojen bakterilerin tespiti ve kantitatif analizi gerçekleştirilmiştir. Bu hedefe yönelik olarak, 20 nm boyutunda altın nanopartikül (AuNP) ve 15 nm boyutunda Fe3O4/Au-PEI sentezlenmiştir. Daha sonraki aşamada da kazeini parçalayan rennet enzimi kullanılarak seçilen mikroorganizmaların tespitinde optimize koşullar araştırılmıştır. Araştırmamızın ikinci aşamasında, enzim tabanlı manyetik ekstraksiyon sistemi kullanılarak, seçilen bakteri antikoru ile kaplı Fe3O4/Au-PEI nanopartiküller, 101-107 kob/mL E. coli derişimleri olacak şekilde etkileştirilmiştir. Daha sonra rennet yardımıyla kazein hidroliz edildiğinde, Fe3O4/Au-PEI nanopartiküllerine bağlı bulunan E. coli manyetik alan yardımıyla ayrılmıştır. Serbest bakteriler konjugasyon ped (AuNP+DTNB+antikor kompleksi) üzerinde altın nanopartiküllere bağlı olan raman etiket DTNB ile nitroselüloz membran üzerinde yürütülmüş, ve bakteri derişimi kağıt tabanlı LFIA sistem nitroselüloz membran üzerinde bulunan test çizgisi ile tespit edilmesi sağlanmıştır. DTNB molekülünün SERS sinyallerini takip edilerek bakterinin artan konsantrasyonuna karşı lineer bir kalibrasyon eğrisinden LOD: 0,52 ve R2 değerleri de 0,98 olarak saptanmıştır. Bu değerler farklı bakteri türlerine B. subtilis, M. luteus, S. enteritidis suşlarına karşı sadece E.coli'ye spesifik olarak çalıştığı gösterilmiştir. Çalışmamızın üçüncü aşamasıda, biyolojik örnek olarak sentetik idrar, referans kan ve ticari süt örnekleri kullanılmıştır. Geliştirilen sistem ile seçilen E. coli'yi ne kadar tuttuğumuzun etkinliği %86 ve üzeri olarak saptanmıştır. Yaptığımız bu çalışmada patojen mikroorganizmaların tayininde kullanılan antikorun pahalı olması nedeniyle alternatif bir yöntem düşünülmüştür. Bu amaca uygun olarak, LFIA sistemde kullanılan antikor yerine, doğal afiniteleri ve yüksek özgüllükte konak seçicilikleri nedeniyle bakteriyofajların alternatif yöntem olarak kullanılması hedeflenmiştir. Bunun için S. enteritidis'i konak olarak seçen P22 fajı ve kıyaslamak amacıyla antikoru kullanılmıştır. Yapılan bakteriyofaj çalışması sonucunda S. enteritidis (101-107 kob/mL) SERS kalibrasyon grafiklerinden LOD: 7 kob/mL ve R2: 0,98 olarak saptanırken, antikor çalışmamızda LOD: 6 kob/mL ve R2: 0,98 bulunmuştur. Bu sonuçlar göstermiştir ki patojen mikroorganizmaların tayininde bakteriyofajın antikora kıyasla alternatif ve ucuz bir yöntem olacağı görülmüştür. In vivo çalışmamızda S. enteritidis ile enfekte edilen yumurta ve tavuk eti örnekleri, P22-bakteriyofaj tabanlı yatay akış sistemimiz kullanıldığında, %90 ve üzerinde bakteriyi tuttuğu ve ayırdığı saptanmıştır. Sonuçta yatay akış sistemimizin etkin çalıştığı ayrıca bakteriyofajların alternatif bir yöntem olabileceği görülmüştür.
Partikül bazlı sıvı kromatografisi kolonlarında transport modellerinin kaşılaştırmalı olarak incelenmesi
Tez çalışması kapsamında yüksek performanslı sıvı kromatografisi(YPSK) için literatürde kullanılan transport modelleri olan İdeal Model(İM), Denge Dağılım Modeli(DDM) ve Rastgele Yürüme Modeli(RYM) detaylı olarak incelenerek bu modelleri esas alan Modifiye Denge Dağılım Modeli (MDDM) geliştirilmiştir. YPSK kolonlarında ana olarak iki bileşen bulunmaktadır. Bunlardan biri sıvı olan hareketli faz diğeri ise sabit olan katı fazdır. Katı fazı oluşturan dolgu malzemesi küresel ve gözenekli partiküllerden oluşmaktadır. Bu partiküllerin ayırma performansına etkilerinin daha iyi anlaşılabilmesi için partikülün temel özellikleri olan özgül yüzey alanı, partikül gözenekliliğini ifade eden birimsiz bir çarpan önerilmiştir. Birimsiz çarpan MDDM 'inde kullanılmıştır. Elde edilen modeller nümerik çözüm yöntemlerinden olan sonlu farklar tekniği kullanılarak çözülmüştür. Sonlu farklar yöntemi, problemin iki boyutlu olması, programlama kolaylığı sağlaması ve yüksek doğrulukta sonuç vermesi nedeniyle tercih edilmiştir. Karşılaştırma kapsamında ayrıca RYM'de incelenerek çözülmüştür. Elde edilen sonuçlar literatürle uyumlu olarak bulunmuştur.
Siklodekstrin nanopartiküllerinin HEPG-2 karaciğer kanseri hücre hattı üzerine etkisinin proteomik çalışmalarla incelenmesi
Proteom; protein ve genom sözcüklerinin birleştirilmesinden türetilmiş, belli bir genom tarafından kodlanan proteinlerin tümünü işaret kapsayan bir sözcüktür. Proteom analizine proteomik denilmektedir. Bir organizma vücudunun farklı bölgelerinde, hücre döngüsünün farklı evrelerinde ve farklı çevre koşullarında farklı protein ekspresyonlarına sahiptir. Sabit bir yapı olan ve bir organizma için çok iyi tanımlanabilen genomun aksine, proteom, hücreden hücreye farklılık gösterir ve iç ve dış uyaranlara yanıt olarak biyokimyasal etkileşimler aracılığı ile sürekli bir değişim halindedir. Amfifilik siklodekstrinler kendi kendine nanopartikül oluşturabilme yeteneğine sahip moleküllerdir. Ayrıca; bu moleküllerin intrinsik olarak bazı kanser hücre hatları üzerinde apoptotik etki gösterdiği saptanmıştır. Göstermiş olduğu özellikler nedeniyle bu yapılar nano ölçekte ilaç taşıyıcı sistem olarak literatüre girmiştir. Bu tez çalışmasında, PBO kodlu amfifilik siklodekstrin nanopartikülün HEPG-2 karaciğer kanser hücreleri üzerindeki antikanser mekanizması karşılaştırmalı proteomik yaklaşımlarla tespit edilmiştir. Amfifilik siklodekstrin nanopartiküllerin etkisiyle çoğalmanın önlendiği kanser hücre hatları, işlem görmüş hücre hatları olarak kullanılmış ve T grubu olarak isimlendirilmiş olup; hiçbir şekilde işlem görmeden çoğalmanın önlenmediği grup ise kontrol grubu olarak kullanılmış olup C grubu olarak ifade edilmiştir. T ve C gruplarından elde edilmiş lizat çözeltisinden sitozolik fraksiyonlar elde edilmiştir. Proteomik çalışmalarda, 2 boyutlu jel elektroforez (2D jel elektroforez) ile ayrılan T ve C gruplarına ait proteinler için imaj analizi çalışmaları yapılmıştır. T ve C grupları için farklılaştığı tespit edilen proteinler Matriks Yardımlı Lazer İyonizasyon Kütle Spektrometrisi (MALDI-TOF/TOF-MS) ile analiz edilmiş ve tanımlanmıştır. Bu çalışma ile ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanılan amfifilik siklodekstrin nanopartiküllerin tek başına da karaciğer kanseri üzerine etkili olduğu proteom düzeyindeki değişimlerle gösterilmiştir. Kanser tedavisinde amfifilik siklodekstrin nanopartiküllerin ilaç taşıyıcı sistem olarak kullanıldığı durumlarda, nanopartikülün kendisinin de hücre çoğalmasını baskılamada göstermiş olduğu etki göz ardı edilmemelidir sonucuna varılmıştır.
Nükleotid saflaştırılması için baskılanmış manyetik poli(hidroksietil metakrilat) (mphema) nanoküreler
Nükleozidler ve nükleotidler, biyosentetik yolların bir parçası oldukları ve biyolojik düzenleyiciler olarak önemli bir rol oynadıkları için metabolik fonksiyonlara katılırlar. Nükleotidler çeşitli biçimlerde, hücre büyümesi ve enerji metabolizması, genetik iletim ve sinyal iletimi üzerinde önemli rol oynarlar. Nükleotidler, ya nükleozid 5p-fosfatlar olarak ya da 3p,5'-siklik adenozin monofosfat (AMP), guanosin tetraposfat (ppGpp) ve 3p,5'-siklik diGMP gibi modifiye edilmiş nükleotidler şeklinde metabolik sinyal molekülleri olarak işlev görürler. Nükleotidlerin her biri için sentetik reseptörler hazırlanması konusunda literatürde farklı çalışmalar mevcuttur. Ancak yapay reseptör tasarlama işlemleri genellikle karmaşık ve zordur. Bu yöntemlere alternatif olarak moleküler baskılama tekniği hızlı, basit ve seçici polimerik reseptörler hazırlama olanağı sağlamaktadır. MIP'ler, seçilen hedef moleküllere karşı yüksek seçicilik sağlayan özel moleküler tanıma yeteneklerine sahip sentetik polimerik malzemelerdir. Bu tez kapsamında, nanoteknolojinin nükleotid saflaştırma alanındaki rolünün bir incelemesi sunulmaktadır. Moleküler baskılama yöntemi kullanılarak sitidin saflaştırılması için Fe3O4 (manyetit) varlığında manyetik 2-hidroksietil metakrilat (mPHEMA) nanoküreler miniemülsiyon polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. N-metakriloil-(L)-histidin metil ester (MAH), sitidin baskılanmış nanokürelerin (MIP) hazırlanmasında fonksiyonel monomer olarak seçilmiştir. MAH ve Cu(II) arasında koordinasyon kompleksi oluşumu sağlanarak hazırlanan MAH-Cu(II) kompleksine kalıp molekül Cyt eklenerek ön-kompleks hazırlanmıştır. Kalıp molekül olmaksızın baskılanmamış (NIP) mPHEMA aynı yöntemle hazırlanmıştır. Hazırlanan nanokürelerin karakterizasyon çalışmaları; boyut analizi için Nano Zeta Sizer ve yüzey alanı ölçümleri Brunauer Emmet Teller (BET) yöntemi ile, polimerlerin yapı analizi için Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisiyle (FTIR), yüzey morfolojisi için taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) ve polimerik yapıdaki manyetik özelliğin belirlenmesi için elektron spin rezonans (ESR) spektrometresi kullanılarak yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları sonrasında, Cyt nükleotidi baskılanmış nanokürelerin sulu çözeltilerde maksimum adsorpsiyon koşullarını belirlemek için başlangıç derişimi, pH, sıcaklık, zamana bağlı değişim ve iyonik şiddet parametreleri incelenmiştir. Cyt baskılanmış nanokürelerin seçiciliğinin belirlenmesi için üridin (Üri) ve timidin (Tym) yarışmacı nükleotidleri ile seçicilik deneyleri gerçekleştirilmiştir. Cyt baskılanmış nanokürelerin tekrar kullanılabilirliğinin belirlenmesi amacıyla adsorpsiyon-desorpsiyon işlemi aynı nanoküreler kullanılarak 10 kez tekrar edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmada metal koordinasyon ve moleküler baskılama tekniğinin birleştirilmesiyle sentezlenen Cyt baskılanmış manyetik nanoküreler Cyt'nin yüksek seçicilikle tanınması için oldukça etkin bir malzeme olarak başarılı bir şekilde sentezlenmiştir.
Synthesis of functionalized magnetite (Fe3O4) nanoparticles and targeting to the tumour cell (HELA) for cancer diagnosis and treatment
Cancer is one of the global problems of this century and responsible for the death of one in 8 men and one in 11 women worldwide today. By 2040, 29.5 million new cancer cases are estimated to occur by the International Agency for Research on Cancer (IARC). It is a great need for the development of current cancer diagnosis and treatment methods. This dissertation aims to synthesize monodisperse spherical and/or cubic superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles which have potential applications in cancer diagnosis and cancer treatment and investigate in vitro their cytotoxicity on human cervical carcinoma (HeLa) cells. In the presented study, 8.4±1.0 nm spherical and 8.3±1.1 nm, 14.4±0.6 nm, 24.5±1.9 nm cubic highly monodisperse, superparamagnetic iron oxide nanoparticles were synthesized by thermal decomposition method. To render them convenient for biomedical applications, they were coated with meso-2,3-Dimercaptosuccinic acid (DMSA) via ligand exchange reaction. The spherical nanoparticles were also functionalized with (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and 2-deoxy-D-glucose (DG) to investigate the effects of surface functionality on their magnetic properties and their cytotoxicities. The structural and magnetic properties of the nanoparticles were characterized comprehensively and systematically by using X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), zeta sizer, thermogravimetric analysis (TGA), vibrating sample magnetometer (VSM), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Magneto-thermal properties of the water-soluble nanoparticles were measured by an instrument for magnetic hyperthermia. The cytotoxicity of the spherical nanoparticles with three different coatings and DMSA coated cubic nanoparticles with three different sizes were assessed through 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. The cells incubated with the nanoparticles for 72 h were stained with Prussian blue and visualized by an inverted microscope to determine intracellular uptake of nanoparticles. The results indicated that the water-soluble nanoparticles with different surface properties such as size, shape and charge caused no significant toxic effects on HeLa cell viability under the tested nanoparticle concentrations and incubation times. Specific absorption rate (SAR) value of the 24.5 nm cubic Fe3O4 nanoparticles was determined as 197.4 W/gFe under 15.95 kA/m alternative current (AC) magnetic field and 488 kHz frequency, resulting in a temperature rise of 15 ̊C in about 5 minutes. The results show a very promising potential on the use of the surface-functionalized Fe3O4 nanoparticles for clinical trials in cancer diagnosis and treatment.
Bazı non-steroidal anti-inflamatuar ilaçların yeni türevlerinin sentezi ve bunların nanosistemler ile değerlendirilmesi
Çok yoğun kullanılan ticari ilaçlar olan asetilsalisilik asit, ibuprofen, naproksen ve flurbiprofen gibi NSAİİ'ler zayıf asidik yapıda ticari ilaçlardır. Bu tip ilaçlar mide ve bağırsak mukozasından iyi emilirler. COX-1 ve COX-2 siklooksijenaz enzimlerini inhibe ederek ağrıyı tedavi ederken mide rahatsızlıklarına neden olmaktadırlar. Çalışma kapsamında bu yan etkinin azaltılmasını sağlayabilmek için çeşitli NSAİİ'lerin asitliğinin daha da azaltılması üzerine ön ilaç molekülleri sentezlenmiştir. NSAİİ'lerin ortak fonksiyonel grubu olan serbest karboksilik asit üzerinden ilaçlar türevlendirilmiştir. Sentez aşamasında önce, NSAİİ'lerin karboksilik asit grubu açil halojenüre dönüştürülmüştür. Daha sonra NSAİİ'lerin amit türev yapıları, amino fonksiyonel grubu içeren amino asit ester ve amino alkoller kullanılarak nükleofilik katım ve ayrılma tepkimeleri ile sentezlenmiştir. Sentezlenen moleküllerin saflaştırma çalışmalarında kromatografik yöntemlerden (İTK ve kolon kromatografisi) faydalanılmıştır. Ön ilaçların kimyasal yapı aydınlatma çalışmalarında 1H-NMR, 13C-NMR, HRMS, IR analiz yöntemleri kullanılmıştır. İkinci aşamada sentezlenen bu yeni ilaç türevlerinden bazılarının nanosistemleri tasarlanmıştır. NSAİİ'leri ve sentezlediğimiz ön ilaçları içeren yağ/su (Y/S) nanoemülsiyon (NE) yapıların formülasyonları çalışılmıştır. Hem ticari NSAİİ'lerin hem de sentezlenen türev moleküllerden bazılarının NE'leri hazırlanarak biyoetkinliğin artırılması hedeflenmiştir. NE'leri hazırlarken, NSAİİ'ler ya da türev moleküller önce yağ fazı içerisinde çözülmüştür. Daha sonra yüksek basınçlı homojenizasyon ve ultrasonik emülsifikasyon yöntemleri ile sulu faz içerisine yağ fazı (Y/S) eklenerek 160-265 nm boyutlarındaki kolloidal dispersiyon sistemler hazırlanmıştır. NE'lerin yapı karakterizasyonu için boyut ve zeta potansiyel ölçümleri alınmış, TEM ile morfolojileri görüntülenmiştir. Seçilen ön ilaç için hücre kültürü teknikleri kullanılarak in-vitro hücre canlılığı testleri yapılmıştır. Geliştirilen naproksen türevi ön ilacın düşük derişimde L929 fare fibroblastı hücreleri üzerinde toksik olmadığı gözlenmiştir. Ayrıca naproksen türevi ön ilacın nanoemülsiyonuna ait sitotoksisite incelendiğinde hemen hemen bütün derişimlerde boş nanoemülsiyona göre hücre canlılığı daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Biyolojik aktivite çalışmaları kapsamında seçilen türev moleküller için anti-inflamatuar ve anti-oksidan testler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, NSAİİ'lerin türevlendirme çalışmaları ile yeni ön ilaç molekülleri sentezlenmiştir. Asidik karboksilik asit grubunun amit grubuna dönüştürülmesi ile NSAİİ'lerin asitlikleri düşürülmüştür. NSAİİ'ler ve ön ilaçların biyoyararlanımın artırılması amacıyla nanoemülsiyon sistemler formüle edilmiştir.
Yüksek güç uygulamaları için galyum nitrür temelli yüksek elektron hareketlilikli transistör tasarımı, fabrikasyonu ve karakterizasyonu
Bu çalışmada, yüksek güç uygulamaları için yeni epitaksiyel yapılar, Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) yöntemi ile büyütüldü. Büyütülen bu yapıların elektriksel ve yapısal incelemeleri için Fotolüminesans (PL) Ölçüm Sistemi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), X-Işını Kırınımı (XRD), Hall Etkisi Ölçüm Sistemi, Diferansiyel Girişim Kontrast (DIC) Mikroskobu ve Mekanik Profilometre kullanıldı. Büyütülen bu epitaksiyel yapılar üzerinde yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) aygıt fabrikasyonu yapıldı. DC I-V ve RF (Radyo Frekans) güç ölçümleri alınarak yüksek güç uygulamaları için deneysel yollarla en uygun epitaksiyel yapı belirlendi. Belirlenen bu epitaksiyel yapı üzerinde Silvaco ATLAS programı kullanılarak X-bant aralığında (8-12 GHz) çalışacak yüksek güçlü HEMT aygıtlar için aygıt yapısı simülasyon çalışmaları yapıldı. Yapılan simülasyon çalışmalarında; gate (kapı) uzunluğu 〖(L〗_G), 300 nm olmak üzere gate-kaynak (source) arası mesafe 〖(L〗_GS) artıkça maksimum doyum akımının 〖(I〗_DSS), geçiş iletkenliğinin 〖(g〗_m) ve maksimum DC çıkış gücünün 〖(P〗_(DC_max)) azaldığı ve akaç (drain)-kaynak arası mesafe 〖(L〗_DS) arttıkça I_DSS, g_m ve kırılma geriliminin 〖(V〗_br) de çok değişmediği görüldü. Simülasyon çalışmaları sonucunda L_G 300 nm olmak üzere L_GS ve L_DS için optimum değerler, ardışık olarak 800 nm ve 3 µm olarak belirlendi. Bu değerler kullanılarak Alan Levhalı I-gate, Si3N4 Üzerinde Duran Gama (Γ)-Gate ve Bir Kısmı Si3N4 İçine Gömülü ve Bir Kısmı da Havada Duran Gama (Γ)-Gate yapılı HEMT aygıtlar simüle edildi ve bu gate tipleri için optimum değerler belirlendi. Optimum simülasyon sonuçları kullanılarak I-gate (Tip-1), Alan Levhalı I-gate (Tip-2), Si3N4 Üzerinde Duran Gama (Γ)-Gate (Tip-3), Oyuklu (Recessed) Gama (Γ)-Gate (Tip-4) ve Bir Kısmı Si3N4 İçine Gömülü ve Bir Kısmı da Havada Duran Gama (Γ)-Gate (Tip-5) tipleri için HEMT aygıt fabrikasyonları yapıldı. Değişik gate yapıları içeren bu aygıtlar için; maksimum doyum akımı〖(I〗_DSS), geçiş iletkenliği 〖(g〗_m), eşik voltaj 〖(V〗_th), akım kazancı kesilim frekansı 〖(f〗_T), maksimum salınım frekansı 〖(f〗_max) ve 8 GHz'de küçük-sinyal kazancı ve RF çıkış gücü 〖(P〗_out) karşılaştırması yapıldı. RF çıkış gücü 〖(P〗_out); gate yapısı, alan levhalı yapıdan gama gate'li yapıya dönüştürüldüğünde 1 dB artmaktadır. V_th, g_m, f_T ve f_max değerleri; gate ayağı ile başı arasındaki dielektrik tabakasının kalınlığı minimize edildiğinde maksimum olmaktadır. Gate için oyuk (recess) oluşturmak, I_DSS değerini düşürmekte ancak P_out değerini arttırmaktadır.
Design, production, and analysis of a low noise navigation grade fiber optic gyroscope
Inertial Navigation Systems (INS) use an independent navigation technique for tracking the position and direction of an object relative to a known starting point, orientation or velocity. INSs are used in a wide variety of applications such as aircraft, tactical and strategic missiles, spacecraft, submarines and ships. Interferometric fiber-optic gyroscopes (IFOGs) are widely used in military and industrial applications due to their high sensitivity and stability for the INS. Within the scope of this doctoral thesis, extensive research and development studies have been caried out for the improvement of the noise performance of an IFOG. The reduction of the bias errors caused by environmental changes in IFOG systems is one of the important hot topics in this area. As such, in this study, improvements and alternative structures have been proposed for the reduction of the systematic errors in the critical components of the IFOG to eventually obtain a low-noise IFOG configuration that is critical for high sensitivity. In addition to that, an alternative IFOG configuration minimizing the bias errors caused by environmental changes such as temperature and magnetic field, has been proposed.
Timokinon-bazlı magnetolipozom ve fitozom nanopartiküllerinin biyosentezlenmesi, karakterizasyonu ve Glioblastoma hücrelerinin demir metabolizmasına etkilerinin araştırılması
Tedaviye direnç ve nükslerle karakterize, ölümcül bir beyin tümörü olan Glioblastoma (GB) için tedaviler yetersizdir. Bu nedenle, bu çalışmada, demir-bazlı hücre ölümünü hedefleyen tedavi stratejilerine katkı amacıyla; hücrede demir işlevini arttırmak için Magnetolipozom (Mag) nanopartikül (NP)'leri; hücrede demir işlevini azaltmak için Fitozom NP'leri, GB hücrelerinde iki zıt tedaviyi test etmek amacıyla sentezlendi. Timokinon (TQ)'un şelatlama özelliği baz alınarak, önce yeşil metodla TQ-FeNP'lerin sentezlendi. Daha sonra, etken madde olarak görev yapması için hazırlanan lipozomlara TQ-FeNP'leri yüklendi ve MagNP'leri oluşturuldu. İlaveten, TQ-bazlı FitNP'leri hazırlandı. İki NP'ün karakterizasyonları yapıldı. U87-MG GB hücrelerinde, NP'lerin, sitotoksisite, apoptoz, serbest radikal ve lipit peroksidasyonu oluşturma etkilerine, ayrıca hücrelerde demir şelatlama aktivitelerine bakıldı. NP'lerin, TQ, Fe ve fosfolipit içeriklerinin fonksiyonel bant ve bağlanma özellikleri (FT-IR); elementel yapıları ve saflıkları (EDX); yuvarlak görünümlü morfolojik yapıları (STEM) ve <100nm boyutlu, homojen dağılımlı (DLS/pdi) ve kararlı yapıları (zeta potansiyel) görüldü ve NP oldukları doğrulandı. NP'lerin, %EE, >%75; stabiliteleri, orta; salım özellikleri, önce burst, sonra kontrollu olarak değerlendirildi. NP'lerin GB hücrelerinde, IC50 dozu 0,05mg/ml olarak belirlendi. U87-MG hücrelerinde, FitNP'lerinin, doza bağlı apoptozu arttırıcı etkileri ve ROS ve lipit peroksidasyon düzeylerini azaltıcı etkileri, TQ'un antioksidan özelliğinin baskınlığına atfedildi, ayrıca düşük şelatlama aktiviteleri nedeniyle, demir etkinliğini azaltıcı etkisinin az olacağı sonucuna varıldı. MagNP'lerinin, apoptotik etkisinin görülmemesi; ROS ve lipit peroksidasyon seviyelerinde anlamlı düzeyde yüksek etkili olması; şelatör aktivitelerinin anlamlı derecede yüksek olması, GB hücrelerindeki sitotoksik etkilerinin ferroptoz yoluyla olabileceğinin öngörülmesi nedeniyle, MagNP-ferroptoz ilişkisinin ileri çalışmalarla aydınlatılması gerektiği düşünüldü. Sonuç olarak, literatürde görülmemesi nedeniyle MagNP'leri bir ilk olma özelliğindedir. Ayrıca, GB hücrelerinde gösterdiği sitotoksisitenin, yüksek düzeylerde demir aktivitesini arttırıcı şelatör özellikleri nedeniyle olabileceği düşünüldü. MagNP'lerinin demir-şelatör tedaviler açısından umut vaad edici olduğu, aynı zamanda hem bu tür şelatör tedavileri hem de demir-bazlı tanı ve tedaviyi birleştiren uygulamalar (teranostik) açısından gelecekte daha fazla araştırmalara ihtiyaç olduğu sonucuna varıldı. Anahtar Kelimeler: Magnetolipozom, TQ, Şelatör, Fitozom, Demir, Glioblastoma
Kırılma indisi güçlendirilmiş plazmonik aygıtlarda ışık yayılımı
Metal nanoparçacıkların (MNP) sahip olduğu optik özellikler, temelde lokalize yüzey plazmon rezonanslarıyla belirlenmektedir. Bir MNP'de, lokalize olmuş yüzey plazmonlarının frekansı; partikülün boyutu, geometrisi ve bulunduğu yerel ortamın kırılma indisine bağlıdır. MNP'ler birbirine nanometre mesafesinde bulundukları koşullarda, nanoparçacık çevresinde lokalize olmuş sıcak noktalar (hot spot) oluşur. Plazmonik sıcak noktalar, özellikle optik alanlarda önemli rol oynar. Örneğin, plazmonik sıcak noktaların oluştuğu metal yüzeyler, ışık yolculuğu sırasında ışık dalgalarının yoğunlaştırılmasına ve güçlenmesine neden olabilir. Plazmonik sıcak noktaların oluşumu, metal yüzeylerin şekline ve yapısına bağlıdır. Özellikle, metal yüzeylerin düzgün ve simetrik olması, plazmonik sıcak noktaların oluşumunu kolaylaştırır. MNP'ler bu sıcak noktalar aracılığıyla birbirleri ile etkileşebilirler. Bu etkileşimler, polarizasyon, duyulgunluk ve indis değişimi gibi birçok etkiye neden olmaktadır. Kırılma indisinin başka (yardımcı) bir ışık ile kontrol edilmesi, tüm fotonik teknolojilerini değiştirecektir. Bu tezde, böyle bir ortamda ışık yayılımı hem analitik hem de FDTD (finite difference time domain metodu) ile incelenmiştir. Bu tür bir inceleme sadece bu tarz fotonik cihazlarda ışık yayılımının örneklenmesi amacını içermemektedir. Aynı zamanda, bu tür bir sistemde gözlemlenebilecek yavaşlatılmış ışık (slow light) fenomeninin incelenmesi amaçlanmıştır. Yavaşlatılmış ışık konusu fotonik kristallerle daha önceden çalışılmış olup fotonik kristallerin fotonik bant aralığının bilinçli kusurlarla değiştirilmesi tekniğine dayanmaktadır. Ancak bu çalışmalar fotonik kristallerle yapıldığından hem değişimler çok küçük olmakta hem süreç çok hassasiyet istemekte ve aynı zamanda tersinir olmamalarından dolayı düşük proses verimliliğine götürmektedir. Plazmonik teknolojisi bu konudaki en etkili çözümü sunmaktadır. Bahsi geçen sistem sadece indeks güçlendirmesini değil, aynı zamanda sıfıra-yakın-epsilon (epsilon-near-zero, ENZ), yani indeksi sıfıra yakın, malzemeleri de incelemeyi vaadetmektedir. MNP yapısını değiştirmeden kontrol ışığı ile hem arttırılmış indeks hem de sıfıra-yakın-indeks elde edilebilmektedir. Literatürde çalışmaları oldukça kısıtlı olan bu alanda değişen senaryolarla birlikte elde edilen verilerin daha sonra oluşturulacak çalışmalar için temel oluşturma etkisi bulunmaktadır. Bu çalışmayla birlikte, gümüş nanocubuklarda plazmonik etkiyle birlikte değişen kırma indisinin hem sonlu fark zaman alanı metoduyla hem de analitik olarak çözümü incelenmiştir. Bu sayede gümüş nanocubuklarla kurulan bu sistemde değişen kırma indisiyle birlikte değişen grup hızları incelenmiştir. Tez kapsamında yapılan analitik temelli ve simülasyon temelli çalışmalar sayesinde birbiriyle tutarlı ve anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmalar yardımcı bir ışık yardımıyla tüm bunların yapılabileceği gösterilmiştir. Şaşırtıcı ve değerli olan kontrol (Ex) kaynağının normal şartlarda sinyalin (Ey) polarizasyonu üzerinde bir etkisi olamayacak konumda olmasına rağmen sinyal (Ey) üzerinde değişiklik yaratmasıdır. Bunun nedeni direkt olarak kontrol (Ex); y eksenli rodun uzun eksen uçlarındaki polarizasyona katkı vermemesine rağmen sıcak noktada meydana gelen değişimin indirekt olarak sinyal (Ey) üzerindeki etkisidir. Simülasyon ilk olarak, sinyal ve kontrol kaynaklarının genliklerinin oranlarının 1 olduğu durumda incelenmiştir. Devamında ise farklı genlik oranları kullanılıp (1, 10, 100, 200) sistemin sıcak nokta çevresindeki tepkisi incelenmiştir. Buradaki incelemelerde kontrol kaynağın değişen genliğiyle kontrole dik olan sinyal kaynağıyla aynı yönde polarizasyon değişimi gözlemlenmiştir. Normal şartlarda kontrol kaynağındaki genlik değişiminin sinyalle aynı yönlü polarizasyonda bir değişim yaratması beklenmemektedir. Ancak eşleşme (coupling) dolayısıyla sinyal kaynağı sabit olduğu durumda dahi değişen kontrol genliğinin sinyal kaynağıyla aynı yönlü polarizasyona katkı sağladığı gözlenmiştir. Anormal dispersiyon, ESY ve diğer parametrelerin tamamının gözlenmesi tamamen bu etkiden kaynaklanmaktadır. Birbiriyle tutarlı olan bu çalışma neticesinde ilerde yapılabilecek deneysel çalışmalara temel oluşturulmuştur.
5-florourasil yüklü PLGA nanopartiküllerinin toroidal mikroakışkan sistemler ile üretimi ve proses değişkenlerinin deney tasarımı ile optimizasyonu
On yılı aşkın süredir, mikroakışkan teknolojisi nanopartikül (NP) üretimi için yeni fırsatlar sunmuştur. Bununla birlikte, laboratuvar ölçeğinde NP üreten mikroakışkan sistemlerin, farmasötik endüstri için daha büyük hacimlerde üretim yapabilmesi amacıyla daha gelişmiş teknolojilere ihtiyaç vardır. Çözüm yollarından biri mikroakışkan cihazların paralelleştirilmesidir. Ancak bu yöntem karmaşık sıvı akış dağılımını ve her sıvı girişi için ayrı pompa veya basınç kontrol sistemini gerektirir. Bu yaklaşım hem karmaşık ve pahalı, hem de güvenilirliği düşüktür. Diğer taraftan daha yüksek hacimde orta/büyük ölçekte çalışabilen mikromikserlerin, küçük ölçekli laboratuvar araştırmaları için minyatürizasyonu, mikroakışkanların seri üretimde kullanılan geleneksel enjeksiyon kalıplama yöntemiyle fabrikasyonu mümkün değildir. Yeni toroidal mikromikserler, hem araştırma hem de ilaç endüstrisinin gereksinimlerini karşılayan akış hızlarında (2-10 mL/dk) çalışabilmektedir. Ayrıca, bu yeni mikromikserlerin üretimleri ekonomiktir. Tüm bu avantajlara rağmen, toroidal mikromikser kullanılarak 5-Fluorourasil (5FU) yüklü poli(laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) NP'lerin üretimi ve kritik proses parametrelerinin NP özellikleri üzerindeki etkisi henüz araştırılmamıştır. Bu tez kapsamında, kanser tedavisi için yenilikçi bir toroidal mikroakışkan sistem kullanılarak, tekrarlanabilir ve stabil 5FU yüklü PLGA (5FU-PLGA) NP'lerin üretilmesi ve sistem parametrelerinin optimizasyonu hedeflenmiştir. Bu amaçla yeni toroidal mikroakışkan cihazın kritik proses parametreleri olan akış hızı oranları (FRR), yani organik:sulu (O:S) faz oranları ve toplam akış hızı (TFR) değiştirilerek; proses parametrelerinin hem PLGA NP'lerin hem de 5FU-PLGA NP'lerin fizikokimyasal özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca, kritik proses parametrelerini belirlemek ve optimum proses parametrelerini tahmin etmek için Deney Tasarımı (DoE) yaklaşımı kullanılmıştır. Formülasyon ön denemelerinde sabit proses parametreleri kullanılarak farklı çözücüler (aseton ve asetonitril), stabilizatörler (Tris tamponu ve %1 PVA), PLGA konsantrasyonları (%0.5, %1 ve %2) test edilmiştir. Organik faz olarak %1 PLGA/aseton ve sulu faz olarak Tris tamponun kullanıldığı formülasyon en düşük boyut ve PDI değerine sahip olması nedeniyle çalışmalarda bu formülasyon seçilmiş ve PLGA NP'lere %1(w/w) oranında 5FU yüklenmiştir. Bu formülasyon üzerinde TFR 5-15 mL/dk ve FRR ise 1:3-1:7 aralığında proses parametrelerinin PLGA NP'ler ve 5FU-PLGA NP'ler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen PLGA ve 5FU-PLGA NP'lerin 100-150 nm arasında monodispers ve küresel yapıda olduğu belirlenmiştir. Hem ilaç yüklü hem de ilaç yüklü olmayan NP'lerin PDI değerleri ise 0.2'den küçük bulunmuş ve zeta potansiyeli ise yaklaşık -65 ila -45 mV arasında değiştiği izlenmiştir. NP'lerin ilaç enkapsülasyon etkinliği (~%52) ve konsantrasyonunun (~9.50×1011 NP/mL) bu proses parametrelerinden etkilenmediği görülmüştür. PLGA ve 5FU-PLGA NP'lerin üretiminde kritik proses değişkenlerinin sistematik bir değerlendirmesi Deney Tasarımı (DoE) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tam faktöriyel tasarıma göre TFR, FRR ve TFRxFRR ile enkapsülasyon verimliliği ve PDI arasında belirgin bir korelasyon olmadığı görülmüştür. Yanıt yüzey tasarımına göre, hem PLGA NP'lerin hem de 5FU-PLGA NP'lerin boyut ve zeta potansiyel değerleri, TFR'den doğrudan etkilenirken, FRR'den etkilenmemiştir. Ayrıca, PLGA ve 5FU-PLGA NP'lerin boyut ve zeta potansiyel değerleri, birbirinden farklı olarak, bağımsız değişkenlerin farklı etkileşimlerinden (TFRxTFR, FRRxFRR,TFRxFRR) etkilenmiştir. Sonuç olarak TFR'nin, NP özelliklerine etki eden en önemli parametre olduğu tespit edilmiş olup, bunun da toroidal mikromikser tasarımına bağlı olduğu bilinmektedir. PLGA NP'ler ve 5FU-PLGA NP'leri saflaştırmak amacıyla yapılan santrifüj işlemi sonucuna göre; genel olarak boyut, PDI ve zeta potansiyeli değerlerini korudukları görülmüştür. Elde edilen ilaç yüklü formülasyonların raf ömürlerini belirlemek için NP'ler 3 ay boyunca +4°C'de tutulmuş ve stabil oldukları tespit edilmiştir. Sıcaklığın NP üzerindeki etkisini değerlendirmek için NP'ler 21 gün 25°C ve 37°C'de bekletildiğinde ise sıcaklık artışıyla NP'lerin stabilitelerinin olumsuz etkilendiği izlenmiştir. PLGA NP'lere farklı oranlarda 5FU yüklendiğinde (%1, %5, %10, %15, %20 (w/w)) NP boyutunun ve enkapsülasyon etkinliğinin (~%50) değişmediği görülmüştür. Tüm formülasyonların saflaştırma işleminden sonra monodispers ve oldukça kararlı oldukları tespit edilmiştir. 5FU yüklü (%1 ve %20 (w/w)) PLGA NP'lerin salım profili incelendiğinde ise ilk 8 saatte ani bir salımın arkasından 5FU, 5 gün boyunca kontrollü bir salım sergilemiş ve bu salım modelinin Higuchi kinetik modeline uyduğu görülmüştür. 5FU-PLGA NP'lerin sitotoksisite sonuçları değerlendirildiğinde ise % 20 ilaç yükleme kapasitesine sahip 5FU-PLGA NP'lerin IC50 değerine ulaşarak insan skuamöz karsinom hücreleri (A-431) üzerinde toksik etki gösterdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak toroidal mikroakışkan sistemle, hem laboratuvar hem de ilaç endüstrisi için tek bir kanalda ölçek büyütmeye gerek kalmaksızın, 5-FU yüklü stabil PLGA NP'lerin üretimi başarıyla sağlanmıştır.