Synthesis of magnetically anisotropic janus particles by droplet-based microfluidics

Janus parçacıklar, son yıllarda araştırmacılar tarafından hücre işaretleme, DNA testleri, biyolojik çoğaltma, hedefli ilaç taşıma, görüntüleme, ekran teknolojisi, organik ve metal kirleticilerin uzaklaştırılması ve su arıtma gibi birçok amaç için kullanılmaktadır. Anizotropilerinden kaynaklanan çok fonksiyonlu özellikleri nedeniyle, konvansiyonel monofaz parçacıklara göre daha üstün özelliklere sahiptirler. Janus parçacıkların üretiminde kullanılan geleneksel sentez yöntemleri olmasına rağmen, mikroakışkan tabanlı sistemler, kontrollü malzeme tüketimi, bir örnek üretim ve reaksiyon koşulları üzerinde etkili kontrol nedeniyle konvansiyonel yöntemlere göre daha avantajlıdır. Damlacık tabanlı mikroakışkan sistemler, Janus parçacıkların güvenilir sentezi için en popüler tekniktir. Bu metot farklı sentezler için de kullanılıyor olup, literatürde yer alan çalışmaların çoğu Janus parçacıkların üretiminde üretim sonrası ek işlemleri gerektirmektedir. Bu çalışmada, manyetik anizotropik Janus parçacıkların sentezlenmesi için basit ve yenilikçi bir damlacık tabanlı mikroakışkan teknik kullanılmıştır. Bu yöntemle, manyetik anizotropik Janus parçacıklar, damlaların şablon olarak kullanılmasıyla sentezlenir. Damlalar, manyetik nanoparçacıklar içerir ve manyetik bir alan içinden geçerken ultraviyole ışına maruz bırakılır. Manyetik alan, manyetik nanoparçacıkları bir yarımküreye çekerek damlayı anizotropik hale getirirken, aynı anda ultraviyole maruziyeti ön polimer fazının polimerizasyonunu başlatır. Bu tezde geliştirilen mikroakışkan sistem, sayısal simülasyonlar ve deneysel gözlemler kullanılarak optimize edilmiştir. Manyetik alan yoğunluğu optimize edilmiştir. Sentezlenen parçacıklar, optik mikroskop altında boyut dağılımlarını gözlemlemek ve tam polimerizasyonu doğrulamak için taramalı elektron mikroskop altında görüntülenmiş; manyetik anizotropi, dış bir manyetik alanın varlığında partikülün hareketini gözlemleyerek doğrulanmıştır. Sentezlenen parçacıkların birörnek olduğu ve kendi ekseni etrafında dönme özelliği gösterdiği gözlemlenmiştir, bu da manyetik anizotropik parçacıkların karakteristik özelliğidir. Bu tez kapsamında iki farklı nanoparçacık türünün yer aldığı Janus parçacıkların sentezi için de yenilikçi mikroakışkan sistemler geliştirilmiştir. Bu sistemlerde TiO2-Fe3O4 ve SiO2-Fe3O4 nanoparçacıklarından oluşan manyetik anizotropik Janus parçacıkları sentezlenmiştir. Sentezlenen Janus parçacıklar, optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskop altında gözlemlenmiştir. Ayrıca Janus parçacıkların manyetik tepkisi kalıcı mıknatıs kullanılarak da test edilmiştir. Bu tür Janus parçacıklar manyetik özellikleri sayesinde mikro kargo taşıma veya DNA testi uygulamaları için kullanılabilecektir.