Seçici ftalat tayini için kuantum noktalar içeren rasyometrik akıllı nanohidrojel sensörlerin geliştirilmesi

Abstract

Ftalatlar (Phthalates) esnekliği, uzayabilirliği ve dayanıklılığı arttırmak için birçok üründe plastifiyan veya polimer katkı maddesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ftalatlar plastiklere veya polimerlere kimyasal olarak bağlı olmadığından, plastik gıda ambalaj malzemelerinden, kişisel bakım ürünlerinden ve çocuk oyuncaklarından insan dokularına, yiyeceklere veya su ve toprak gibi çeşitli çevresel ortamlara karışır. Ftalatların insan sağlığına getirdiği olası riskler arasında endokrin bozulması, üreme mutasyonu ve kanserojen etkiler bulunmaktadır. Ftalatların saptanması için çeşitli analitik teknikler literatürde bildirilmiştir. Bunlar, görünür saptamalı sıvı kromatografisi, gaz kromatografi-kütle spektrometresi ve sıvı kromatografi-kütle spektrometresidir. Bununla birlikte, bu teknikler pahalı cihazlar ve profesyonel operatörler gerektirmektedir. Bu yöntemler yerine, son yıllarda alternatif bir metot olarak moleküler imprint polimer veya hidrojel içerikli lüminesans yöntemler; yüksek hassasiyet, seçicilik, hızlı cevap verme ve düşük maliyetleri nedeniyle tercih edilen analitik bir yöntem olma durumundadır. Bu nedenle, ftalat analizlerinin yaygınlaştırılabilmesi için hızlı, güvenilir ve düşük maliyetli daha az uzmanlık gerektiren alternatif ve pratik çözümlere ihtiyaç bulunmaktadır. Bu amaçla, plastiklere esneklik verici özellik kazandıran ve çocuk oyuncaklarından yiyeceklerin saklandığı birçok ambalaj malzemesine kadar geniş bir yelpazede ticari olarak kullanılan ftalardan biri olan diizobütil ftalat (DIBP) molekülünün tayininde kullanılmak üzere, sıcaklık-duyarlı polimer hidrojel ile kaplı kuantum nokta (QDs) içeren rastometrik (ratiometric) nanokompozit sensör geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu tez çalışmasında; İlk olarak fosforesans ışıma özelliğine sahip dış yüzeyi (3- merkaptopropil)trimetoksisilan (MTPS) kaplı mangan ile doplanmış çinko sülfür (Mn:ZnS) içeren kuantum noktalar, QDs (Quantum dots) sentezlendi ve daha sonra [3-(metakriloiloksi) propil]trimetoksisilan (MPTMS) ile reaksiyonu sonucunda vinil modifiye QDs (V-QDs) sentezlendi. Ayrıca, elde edilen V-QDs nanoparçacıklarının yüzeyini sarmalayan sıcaklık-duyarlı rasyometrik nanokompozit hidrojel sensör sentezi gerçekleştirildi. Bu sentez için kullanılan monomerler ve fonksiyonları sırasıyla; sıcaklık-duyarlı özelliğe sahip N-izopropilakrilamid (NIPA), floresans özellik kazandırmak için 9-vinilkarbazol (VCz), hedef şablon molekülüne bağlanma özelliği sergilemek üzere fonksiyonel monomer olarak akrilamid (AAm), çapraz bağlayıcı olarak N,N-metilenbis (akrilamid) (BIS), başlatıcı olarak azobisizobütironitril (AIBN) kullanıldı. Şablon molekül olan DIBP moleküllerinin yokluğunda sentezlenen nanokompozit hidrojeller, N-imp@QDs-VCz notasyonu ile gösterilirken; şablon molekül olan DIBP varlığında sentezlendikten sonra şablon molekülün uzaklaştırılması ile elde edilen moleküler imprint nanokompozit hidrojeller, DIBP-imp@QDs-VCz notasyonu ile gösterilmiştir. Elde edilen QDs ve V-QDs nanoparçacıkları ve N-imp@QDs-VCz ve DIBP- imp@QDs-VCz sıcaklık-duyarlı rasyometrik nanokompozit hidrojeller; Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) ve Dinamik Işık Saçılımı (DLS) ölçümleri ile karakterize edildi. Nanokompozit hidrojellerin çözelti içinde stabilitesi, zamana karşı alınan hem fosforesans hem de floresans ölçümleri ile incelendi. Sensör olarak tasarlanan nanohidrojellerin DIBP yi algılama süresini belirlemek için DIBP varlığında zamana göre rasyometrik ölçümler alındı. Analiz koşullarını belirlemek için çözelti pH sına bağlı olarak, DIBP yokluğunda ve varlığında floresans ve fosforesans ölçümleri alındı. Nanokompozit sensörün sıcaklık duyarlılığını açığa çıkartmak için farklı sıcaklıklarda rasyometrik ölçümler alındı. DIBP tayini için nanokompozit hidrojelin şiştiği 25 0C ve büzüştüğü 40 0C sıcaklıklarda DIBP' nin farklı konsantrasyonlarında titrasyonlar gerçekleştirildi. N- imp@QDs-VCz ve DIBP-imp@QDs-VCz nanokompozit hidrojellerin çözelti içinde farklı DIBP konsantrasyonuna göre sergilemiş olduğu floresans ve fosforesans spektrumları alındı ve buradan elde edilen emisyon şiddeti değerleri kullanılarak kalibrasyon grafikleri elde edildi. Kalibrasyon eğrileri gerek floresans gerekse fosforesans şiddetine göre çizildiği gibi aynı zamanda emisyon oranlarına göre de elde edildi. Ayrıca elde edilen DIBP-imp@QDs-VCz nanohibrit sensörü kullanılarak gerçekleştirilen DIBP tayini sırasında, DIBP molekülü ile yapısal benzerlik sergileyen anolog moleküller varlığında, seçicilik üzerine etkisi incelendi.