Yüzeylerin titanyum nanoçubuklar ve onların altın/gümüş ile modifiye formları ile nanodesenlenmesi ve farklı alanlarda kullanılabilirliklerinin incelenmesi

Nanobilim ve nanoteknoloji, malzeme bilimini geniş bir şekilde dönüştürerek, yeni nano yapılı malzemelerin sürekli gelişimini sağlamaktadır. Nano ölçekte gerçekleşen fizikokimyasal olayların kapsamlı bir şekilde incelenmesi, sürekli olarak geniş bir uygulama alanına sahip ürünleri açığa çıkaran yenilikçi teknolojilere yeni yaklaşımlar getirmektedir. Bu yaklaşımlarla geliştirilen nanoyapılı titanyum, fotokataliz, sensör, fotovoltaik, suyun hidrolizi, lityum iyon bataryaları, doku mühendisliği, biyomedikal uygulamalar gibi birçok alanda kullanılabilecek fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesinde büyük önem taşımaktadır. Çeşitli metal oksit 3D (üç boyutlu) nano yapılı malzemelerin içerisinde, titanyum nanoçubuklar benzersiz özelliklerinden dolayı oldukça dikkat çekmektedir. Titanyum nanoçubuk üretiminde kullanılan pekçok yöntem, bu yapıların kristal yapılarında ve düzenlerinde kontrol oluşturmamaktadır ve üretim parametreleri zahmetlidir. Bu zorluklara alternatif olarak geliştirilen yeni bir yöntem olan, fiziksel buharlaştırma birikimi (PVD) yöntemiyle termal olarak buharlaştırılan titanyum nanoçubuklar silisyum levha üzerinde biriktirilerek anizotropik titanyum nanoçubuk (TiNR) yüzeyler oluşturulmuştur ve çeşitli alanlarda kullanımı test edilmiştir. Eğik açı biriktirme (OAD) yöntemi ile oluşturulan TiNR yapıların yoğunlukları buhar fazı birikim açısının (α) değişimiyle ayarlanmış ve poroz yapılı yüzeyler elde edilmiştir. Yüzeylerin sensör amaçlı kullanımlarını ölçmek için öncelikle SERS tekniği ile yöntem geliştirilmesi hedeflenmiş ve yüzey hassasiyetini artıracak modifikasyonlar altın ve gümüş film kaplaması ile gerçekleştirilmiştir. SERS, kataliz ve hücre etkileşimi çalışmalarında kullanmak üzere altın ve gümüş film kaplı TiNR yüzeyler çeşitli sıcaklıklarda termal olarak işlenmiş ve dewetting (topaklanma) etkisi ile metal film nanoadacık/nanoküre yapılara dönüşmüştür. TiNR yüzeyler üzerinde oluşturulan altın/gümüş nanoadacık/nanoküre yapılar SERS sinyal şiddetine olumlu etki göstermiştir. Çapa, geometriye ve yoğunluğa bağlı olarak, TiNR yüzey üzerinde, yapıların uçlarında ve aralarında lokalize yüzey plazmon oluşumu sağlanmış ve bu durum raman zenginleştirmesi sağlamıştır. Bu amaçla bu yapıların SERS kullanımını test etmek için MB (Metilen Mavisi) raman molekülü olarak kullanılmıştır. Yüksek sinyal/gürültü oranında, tekrarlanabilir sonuçlar başarı ile elde edilmiştir. Bu yaklaşım ile elde edilen altın/gümüş parçacıklı TiNR yapılar çevresel bir atık olan p-nitroanilinin (PNA) p-fenilendiamine (PDA) indirgenme reaksiyonunu katalizleyen yapılar olarak test edilmiştir. Her yüzeyde katalitik dönüşümün başladığı, özellikle altın parçacıklarla modifiye edilmiş TiNR yüzeylerin katalitik dönüşümünün daha iyi olduğu gözlenmiştir. Katalizin TiNR yüzeylerinde oluşan altın/gümüş parçacıkların boyutları ve yoğunluklarına bağlı olduğu belirlenmiş ve en yüksek yüzey alanına sahip gözenekli yapıda altın parçacık kaplı TiNR yapının en iyi katalitik dönüşümü gösterdiği tespit edilmiştir. Altın/gümüş nanoadacık/nanoküre kaplı TiNR yüzeylerin biyomedikal alanda kullanımını test etmek için, Saos-2 insan kemik kanseri hücreleri ile etkileşimi, adhezyon ve toksisite özelliklerini incelemek için test edilmiştir. Biyolojik incelemeler sonucu, modifiye yüzeylerin sitotoksik etkisinin oldukça zayıf olduğu ve biyouyumluluğunun oldukça iyi olduğu görülmüştür. Pürüzlü yüzeye sahip altın ve gümüş kaplı yüzeyler hücrenin tutunmasına, yapışmasına ve yayılmasına olanak sağlamıştır.