Development of aqueous CdS and CdTe/CdS quantum dots via DMSA decomposition

Kuantum noktacıkları, sahip oldukları eşsiz kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı bilim ve teknolojinin pek çok alanında büyük ilgi çekmiş ve önem kazanmıştır. Bu yarı iletken nano-parçacıkların en dikkat çeken özelliği kuantum sınırlamasının sonucunda ortaya çıkan büyüklüğe bağlı soğurma ve ışıma görüntüsüdür. Ayrıca, bunların yüksek kuantum verimi, dar ve simetrik ışıma spektrumu, geniş soğurma bandı, uzun ışınım ömrü ve organik çözücülere ve biyolojik otama uyumluluğu vardır. Bu yüksek mühendislik tezi ekseriyetle kuantum noktacıklarının biyoteknoloji ve tıp alanlarında uygulamalarıyla ilgilenmektedir.Bu tezin araştırması yüksek derecede ışıyan, koloidal suda yapılan kuantum noktacıkların geliştirilmesini amaçlar ki bu noktacıklar biyolojik sistemlere uyumludurlar. Bu hedefi mümkün kılmak için biyo-uyumlu olarak bilinen DMSA (meso-2,3-dimerkapto süksinik asit) yüzey aktif madde (kaplayıcı) olarak seçilmiştir. İlk aşamada, çok basit bir deneysel yöntemle CdS kuantum noktacıkları üretilmiştir. Tepkime sıcaklığı, pH'ı ve DMSA miktarının parçacık büyüklüğüne ve kuantum verimine etkisi incelendi. Sonuç olarak, DMSA hem kaplayıcı hem de sülfür kaynağı olarak koloidal, yüksek derecede dayanıklı ve suda yapılan CdS kuantum noktacıklarının sentezinde kullanıldı. pH 7.5 ve 70ºC'de kuantum verimi %8-10 olan maviden turuncuya kadar ışıyan parçacıklar elde edildi. Bu sentezlerde, 2.7 olan SH (DMSA)/Cd oranı en yüksek kuantum verimini sağlayan en uygun oran olarak belirlendi.İkinci aşama, DMSA'nın bozunumu sayesinde 2-merkapto propiyonik asit (2-MPA) kaplı CdTe/CdS merkez/kabuk kuantum noktacıkları üretilmesidir. Kabuk oluşması CdTe merkezinin optik kalitesini geliştirmiştir. Üç önemli tepkime parametresi (SH(DMSA)/Cd oranı, başlangıç pH'ı ve SH(2-MPA)/Cd oranı) incelendi. Sonuç olarak, tepkime sonrası hiçbir uygulamaya tabi tutulmadan, DMSA'nın bozunumu sayesinde, en yüksek %73.3 kuantum verimine sahip yeşilden kırmızıya kadar ışıyan CdTe/CdS merkez/kabuk kuantum noktacıkları elde edildi. Başlangıç pH'ı olarak 7.5, Cd2+:Te2-:SH(2-MPA) oranı olarak 1:0.38:2.4 ve Cd2+:SH(DMSA) oranı olarak da 1:0.7, en uygun tepkime koşullarıydı. Bunun yanısıra, DMSA yaygın bir sülfür kaynağı olan tiyoasetamit (TAA) ile karşılaştırıldı ve DMSA sayesinde TAA durumundan çok daha iyi ışıma elde edildi. Sonuçlar gösterdi ki DMSA hem kabuk oluşması için sülfür kaynağı olarak görev aldı hem de yardımcı-kaplayıcı olarak parçacıkların optik özelliklerini ve uzun-dönem dayanıklılığını geliştirdi. Kabuk oluşması yüzeydeki bozuklukları ortadan kaldırır ve bu sayede ışımayı sağlayan bağlantılar desteklenir. Bu durum ışıma ömrünün (hem kısa hem de uzun-dönem ışıma ömrü bileşenlerinin) artması ve yüzeyle alakalı ışıma ömrünün yüzde ağırlığının artması ile gösterilmiştir.Sonuç olarak, bu tezde özetlenen araştırma, DMSA'nın ikili özelliğinin (kaplayıcı ve sülfür kaynağı) CdS kuantum noktacığı sentezinde kullanıldığını anlatmaktadır ve hatta DMSA'nın rengârenk, dayanıklı ve yüksek derecede ışıyan CdTe/CdS merkez/kabuk kuantum noktacıklarının oluşmasındaki etkisi kanıtlamıştır. Sentez yönteminin basitliği ve DMSA'nın biyo-uyumluluğu göz önüne alındığında, burada belirtilen bilgi ve malzemelerin biyoteknoloji ve tıbbi araştırma alanlarında değerli olacağına inanılmaktayım.