Dopamin tayini için ZnO nanoyapı içeren 3 boyutlu baskılanmış elektrotların üretilmesi

Teknolojik ilerlemenin temelini, bilimsel ve deneysel bilginin disiplinler arası etkileşimle bir araya getirilmesi oluşturmaktadır. Bu bağlamda, nanoteknoloji 21. yüzyılda öne çıkan alanlardan biri olmuş; yalnızca fen bilimleriyle sınırlı kalmayıp mühendislikten çevre yönetimine, ekonomiden politikaya kadar çeşitli alanlarda çözüm üretme potansiyeli sunmuştur. Nano ölçekte kimyasal sentezlerin kontrollü biçimde gerçekleştirilmesi, uygulamaya yönelik malzeme geliştirme çalışmaları ve bu malzemelerin sürdürülebilir şekilde tasarlanması, alanın gelişimi açısından önemlidir. Son yıllarda artan işlem gücü, 3 boyutlu (3D) modelleme ve baskılama gibi teknolojilerin hızla yaygınlaşmasına imkân sağlamış; bu gelişmeler prototipleme süreçlerini kolaylaştırarak seri üretime katkı sunmuştur. Kimya biliminin en güçlü dallarından biri olan elektrokimyada ise 3D baskılamanın yalnızca aparatların kullanılmasından öteye geçip elektrokimyasal uygulamalarda kullanılması geçtiğimiz son 10 yılda olmuştur. Oldukça yeni olan bu teknolojik çalışma alanı yeni elektrotların geliştirilmesi ve kullanılması için mütecessim potansiyeller barındırmaktadır. Aynı zamanda elektrokimyasal reaksiyonların cereyan ettiği çalışma elektrotlarının (ve diğer elektrotların) 3D baskılanması, kullanım amacına yönelik olarak şekillendirilmesi, modifiye edilmesi ve kullanıma hazır hale getirilmesi gibi teknik aşamaların aşılması için teknolojik hıza ve kapasiteye rağmen nanomalzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Nanomalzemelerin sentezi için farklı metotlar bulunmakla birlikte zararlı kimyasal kullanım bilincinin zirvede olduğu çevre dostu kimyasal yaklaşımlar hem günümüz hem gelecek teknolojisi için elzemdir. Elektrokimya alanındaki 3D baskıların daha da geliştirilmesi gerektiği gibi çevre dostu kimya tekniklerinin de kuvvetli kimyasallara karşı geliştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, çevre dostu kimyasal teknikler kullanılarak kaynak kullanımının minimize edilmesi ve atıkların olabildiğince azaltılmasına özen gösterilerek; ZnO nanopartiküllerin Salvia heldreichiana bitkisinin kurutulmuş yaprakları kullanılarak sentezlenmesi, elektriksel iletken özelliğe sahip karbon siyahı katkılı PLA kompozit filament kullanılarak 3D elektrotların baskılanması ve sentezlenen nanopartiküllerin elektrot yüzeyine bir kuaterner amonyum tuzu olan diallildimetilamonyum klorür monomer ve polimerinin varlığında modifiye edilmesi temel alınarak bir elektrokimyasal sistem kurulmuştur. Sentezlenen ZnO nanopartiküllerin ortalama parçacık boyutu 35.98 nm, bant aralığı ise 2.97 eV olarak olarak hesaplanmıştır. Hazırlanan elektrot yüzeyleri, elektrokimyasal ve mikroskobik tekniklerle karakterize edilmiştir. Ayrıca bu elektrotların, dopamin molekülünün varlığında sensör olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Dopamin model analitine karşı yalın 3D baskılanmış elektrot, 50-300 µM arasında bir lineer aralık sunarken; yüzeyi diallildimetil amonyum klorür ve ZnO nanopartiküllerle modifiye edilmiş elektrot 10-8000 µM'a kadar geniş bir lineer aralık göstermiştir. Bunun yanı sıra nano ölçekteki yüzey geliştirmeyle elde edilen elektrottaki sinerjetik etki sayesinde 8.56 µM tayin limiti ile 456.84 µA/mM cm2 hassasiyete ulaşılmıştır. Elektrot başına üretim maliyeti yaklaşık 0.03 $ olarak hesaplandığı göz önüne alındığında çalışmanın hedeflediği sonuca başarılı bir şekilde ulaşılmıştır.