Kağıt tabanlı kolorimetrik biyosensörlerin üretimi

Abstract

Küresel sanayi devrimi ağır metallerin çevreye yayılımını hızlandırmaktadır. Bitkisel gıdaların tüketilmesi, güvenli olmayan suların içilmesi ve ağır metallerle kirlenmiş havanın insan sağlığı üzerinde uzun vadeli etkileri vardır. Ağır metallerin varlığı ve doğadan uzaklaştırılması, onların kalıcı çevresel kirleticiler olarak görülmesine neden olmaktadır. Yayılmalarını önlemek ve kirlilik seviyesini gözlemlemek için sahada tespit imkanı sağlayan düşük maliyetli, taşınabilir biyosensör sistemlerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tezde sitrat kaplı altın ve gümüş nanoparçacıklar kolorimetrik sensör potansiyellerini araştırmak için ısıya dayalı ve ısıya dayalı olmayan teknikler kullanılarak hazırlandı. Sentezlenen nanoparçacıklar çeşitli ağır metallere karşı değerlendirildi ve yanıt veren metaller gözlendi. Altın ve gümüş nanoparçacıklar yüzey plazmon rezonans (LSPR) özellikleri sayesinde diğer parçacık türlerine kıyasla kolorimetrik sensörler için büyük adaydır. Çekirdek boyutu 7 nanometre olan küresel şekle sahip sitrat kaplı gümüş nanoparçacıklar ısıtmalı ve ısıtmasız olarak sentezlendi. Gümüş nanoparçacıklar farklı metal iyonlarıyla kolorimetrik olarak test edildi. Kolorimetrik olarak gözlenen değişiklikler UV-Vis absorpsiyon spektrumlarında incelendi. Her üç gümüş nanoparçacık Cr3+ iyonlarına karşı yüksek özgüllük gösterdi; ancak duyarlılıkları sentez için kullanılan yönteme bağlı olarak farklılık göstermektedir. Sahada kullanılabilecek taşınabilir bir sistem oluşturmak amacıyla çevre dostu ve ucuz sensör elde etmek için kağıt kullanıldı. Nanoparçacıklar piezoelektrik yazıcı kafasına sahip mürekkep püskürtmeli yazıcı kullanılarak kağıda basıldı. Sensör sistemi içme ve deniz suyu örneklerinde uygulandı. Ölçümler 1 ml gerçek örnek içine 20 µM Cr3+ iyonu eklenerek yapıldı. Ekleme öncesi ve ekleme sonrası değerler hesaplanarak yüzdesel olarak geri alım değerleri elde edildi. İçme suyu için yüzdesel olarak 106.3184 ± 2.378161, deniz suyu için ise 90.97246 ± 1.453167 bulundu. Bu çalışmada sıcaklığın nanoparçacıkların dispersiyon kinetiklerini, görünümlerini ve metal iyonlarıyla etkileşimini nasıl etkilediğinin karşılaştırmalı incelemesi sunulmaktadır.

The global industrial revolution is accelerating the spread of heavy metals into the environment. Consumption of plant-based foods, drinking unsafe water, and polluted air with heavy metals have long-term effects on human health. The presence of heavy metals and their removal from nature are considered permanent pollutants to the environment. It is essential to develop low-cost, portable biosensor systems that allow detection in the field to prevent their spread and measure the level of pollution. In this thesis, gold and silver nanoparticles with citrate coating were synthesized using heat and no heat-based techniques to investigate their colorimetric sensor potential. These nanoparticles were evaluated against various heavy metals, and the responding metals were observed. Gold and silver nanoparticles are great candidates for colorimetric sensors compared to other particles due to their localized surface plasmon resonance (LSPR) properties. Citrate-coated silver nanoparticles of spherical shape with a core size of 7 nm, were synthesized with and without heating. The silver nanoparticles were colorimetrically tested with different ions and showed high specificity against Cr3+ ions, yet their sensitivity differed based on the method used for synthesis. The paper was selected to obtain environmentally friendly and cheap sensors to create a portable system that can be used in the field. The particles were printed on the paper using an inkjet printer with a piezoelectric printhead. The sensor system was applied to drinking and seawater samples. Measurements were made by adding 20 µM Cr3+ ion into 1 ml of real samples. Pre-addition and postaddition values were calculated and recovery values in percentages were found. The percentage was 106.3184 ± 2.378161 for drinking water and 90.97246 ± 1.453167 for seawater. The study presents a effect of temperature on the dispersion kinetics of nanoparticles, their appearance, and their interaction with metal ions.