Floresans Karbon Nanoparçacıkların Yeşil Sentezi ve Pasivasyon Ajanının Molekül Ağırlığının Nanoparçacık Özellikleri Üzerine Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Karbon nanodot (KNDlar) olarak da bilinen karbon nanoparçacıklar (KNDlar), karbon temelli nanoyapıların yeni ve özel bir üyesi olarak bilinmektedir. KNDların elektronik, optik, katalitik, biyouyumlu ve,kimyasal olarak inert olmaları ve yüksek fotolüminesans (PL) davranışı gibi özellikleri ile boyalar, ağır metal temelli kuantum noktaları (QDs) yerine alternatif olarak kullanılmaya başlanmış ve biyomedikal araştırmalar ve enerji alanlarındaki popülariteleri de hızla artmıştır. Bu çalışmada, floresans özellikli karbon nanoparçacıkların (FKNDlar) keçiboynuzu pekmezinin doğal karbon kaynağı olarak kullanılması ile sentezlenmesi konu alınmıştır. Bu amaç doğrultusunda, kolay ve ekonomik açıdan avantajlı olduğu bilinen yeşil sentez yöntemlerinden biri olan, ısıl sentez yöntemi kullanılmış ve sentezlenen karbon nanoparçacıkların yüzeyleri; farklı moleküler ağırlıklarda polietilen glikol (PEG M_n:300~20000) ile pasivize edilmiştir. Sentezlenen FKNPların, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM), XRD, UV spektrofotometresi, floresans emisyon spektroskopisi ve dinamik ışık kırılım yöntemleri ile karakterizasyonları yapılmıştır.  Karakterizasyonlar sonucunda pasivasyon ajanının değişen molekül ağırlığına göre parçacıkların yüzey özelliklerinin ve buna bağlı olarakta floresans spektrum cevaplarının değiştiği ve kor parçacık boyutu yaklaşık olarak 10-15 nm olarak belirlenenen nanoparçacıkların hidrodinamik çaplarının pasivasyon ajanının M_n’sine göre değişiklik gösterdiği belirlenmiştir. Floresans özellikteki karbon nanoparçacıklar biyogörüntüleme ve teşhis amaçlı nanoetiket ve ilaç taşıyıcı sistem olarak biyomedikal uygulamaları ile fotovoltaik cihazların ve yeni nesil katalizörlerin geliştirilmesinde kullanılma potansiyeline sahiptirler.

Keywords

• karbon nanoparçacık,floresans nanomalzemeler,yeşil sentez,yüzey pasivasyonu,polietilen glikol

References

1. [1] X. Xu, R. Ray, Y. Gu, H.J. Ploehn, L. Gearheart, K. Raker, W. A. Scrivens. (2004). Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society, 126(40), 12736–12737. doi:10.1021/ja040082h
2. [2] Zhao, Q.-L., Zhang, Z.-L., Huang, B.-H., Peng, J., Zhang, M. ve Pang, D.-W. (2008). Facile preparation of low cytotoxicity fluorescent carbon nanocrystals by electrooxidation of graphite.Chemical Communications, (41), 5116. doi:10.1039/b812420e.
3. [3] Sk, M. P., Jaiswal, A., Paul, A., Ghosh, S. S. ve Chattopadhyay, A. (2012). Presence of Amorphous Carbon Nanoparticles in Food Caramels. Scientific Reports, 2. doi:10.1038/srep00383
4. [4] Park, S. Y., Lee, H. U., Park, E. S., Lee, S. C., Lee, J.-W., Jeong, S. W., … Lee, J. (2014). Photoluminescent green carbon nanodots from food-waste-derived sources: large-scale synthesis, properties, and biomedical applications. ACS applied materials & interfaces, 6(5), 3365–70. doi:10.1021/am500159p
5. [5] Lu, W., Qin, X., Liu, S., Chang, G., Zhang, Y., Luo, Y., … Sun, X. (2012). Economical, green synthesis of fluorescent carbon nanoparticles and their use as probes for sensitive and selective detection of mercury(II) ions. Analytical Chemistry, 84(12), 5351–5357. doi:10.1021/ac3007939.
6. [6] Mukherjee, P., Misra, S. K., Gryka, M. C., Chang, H.-H. H., Tiwari, S., Wilson, W. L., … Pan, D. (2015). Tunable Luminescent Carbon Nanospheres with Well-Defined Nanoscale Chemistry for Synchronized Imaging and Therapy. Small, 11(36), 4691–4703. doi:10.1002/smll.201500728
7. [7] Ke, Y., Garg, B. ve Ling, Y. (2014). Waste chicken eggshell as low-cost precursor for efficient synthesis of nitrogen-doped fluorescent carbon nanodots and their multi-functional applications. RSC Adv., 4(102), 58329–58336. doi:10.1039/C4RA10178B
8. [8] Liu, S.-S., Wang, C.-F., Li, C.-X., Wang, J., Mao, L.-H. ve Chen, S. (2014). Hair-derived carbon dots toward versatile multidimensional fluorescent materials. Journal of Materials Chemistry C, 2(32), 6477. doi:10.1039/C4TC00636D.

9. [9] Chandra, S., Das, P., Bag, S., Laha, D. ve Pramanik, P. (2011). Synthesis, functionalization and bioimaging applications of highly fluorescent carbon nanoparticles. Nanoscale, 3(4), 1533. doi:10.1039/c0nr00735h
10. [10] Links, D. A., Yang, Y., Cui, J., Zheng, M., Hu, C., Tan, S., … Liu, Y. (2012). ChemComm One-step synthesis of amino-functionalized fluorescent carbon nanoparticles by hydrothermal carbonization of chitosan w. Chem. Commun., 48(3), 380–382. doi:10.1039/c1cc15678k
11. Hu, S.-L., Niu, K.-Y., Sun, J., Yang, J., Zhao, N.-Q. ve Du, X.-W. (2009). One-step synthesis of fluorescent carbon nanoparticles by laser irradiation. J. Mater. Chem., 19(4), 484–488. doi:10.1039/B812943F
12. [12] Zhai, X., Zhang, P., Liu, C., Bai, T., Li, W., Dai, L. ve Liu, W. (2012). Highly luminescent carbon nanodots by microwave-assisted pyrolysis. Chemical Communications, 48(64), 7955–7957. doi:10.1039/c2cc33869f
13. [13] Zhang, C., Hu, Z., Song, L., Cui, Y. ve Liu, X. (2015). Valine-derived carbon dots with colour-tunable fluorescence for the detection of Hg 2+ with high sensitivity and selectivity. New J. Chem., 39(8), 6201–6206. doi:10.1039/C5NJ00554J
14. [14] Guo, X., Wang, C.-F., Yu, Z.-Y., Chen, L. ve Chen, S. (2012). Facile access to versatile fluorescent carbon dots toward light-emitting diodes. Chemical Communications, 48(21), 2692. doi:10.1039/c2cc17769b
15. [15] Jiang, K., Sun, S., Zhang, L., Lu, Y., Wu, A., Cai, C. ve Lin, H. (2015). Red, green, and blue luminescence by carbon dots: Full-color emission tuning and multicolor cellular imaging. Angewandte Chemie - International Edition, 54(18), 5360–5363. doi:10.1002/anie.201501193
16. [16] Wang, X., Cao, L., Yang, S. T., Lu, F., Meziani, M. J., Tian, L., … Sun, Y. P. (2010). Bandgap-like strong fluorescence in functionalized carbon nanoparticles. Angewandte Chemie - International Edition, 49, 5310–5314.doi:10.1002/anie.201000982.
17. [17] Baker, S. N. ve Baker, G. A. (2010). Luminescent Carbon Nanodots: Emergent Nanolights. Angewandte Chemie International Edition, 49(38), 6726–6744. doi:10.1002/anie.200906623
18. [18] Zhu, H., Wang, X., Li, Y., Wang, Z., Yang, F. ve Yang, X. (2009). Microwave synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with electrochemiluminescence properties. Chemical Communications, (34), 5118–5120. doi:10.1039/b907612c
19. [19] Qu, S., Wang, X., Lu, Q., Liu, X. ve Wang, L. (2012). A biocompatible fluorescent ink based on water-soluble luminescent carbon nanodots. Angewandte Chemie - International Edition, 51(49), 12215–12218. doi:10.1002/anie.201206791
20. [20] Davis, P. H. (1965). Flora of Turkey and the East Aegean Islands, Volume 10. Edinburgh University Press.
21. [21] Ayaz, F. A., Torun, H., Ayaz, S., Correia, P. J., Alaiz, M., Sanz, C., … Strnad, M. (2007). Determination of chemical composition of anatolian carob pod (Ceratonia siliqua L.): Sugars, amino and organic acids, minerals and phenolic compounds. Journal of Food Quality, 30(6), 1040–1055. doi:10.1111/j.1745-4557.2007.00176.x
22. [22] Jia, X., Li, J. ve Wang, E. (2012). One-pot green synthesis of optically pH-sensitive carbon dots with upconversion luminescence. Nanoscale, 4(18), 5572. doi:10.1039/c2nr31319g
23. [23] Wu, L., Luderer, M., Yang, X., Swain, C., Zhang, H., Nelson, K., … Pan, D. (2013). Surface passivation of carbon nanoparticles with branched macromolecules influences near infrared bioimaging. Theranostics, 3(9), 677–86. doi:10.7150/thno.6535
24. [24] Thanh, N. T. K. K. ve Green, L. A. W. W. (2010). Functionalisation of nanoparticles for biomedical applications. Nano Today, 5(3), 213–230.doi:10.1016/j.nantod.2010.05.003
25. [25] Li, S., Pan, R., Ait Mehdi, Y., Xiao, D. ve He, H. (2015). One-step spontaneous synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with thermosensitivity from polyethylene glycol. New J. Chem., 39(9), 7033–7039. doi:10.1039/C5NJ01129A
26. [26] Li, H., Kang, Z., Liu, Y. ve Lee, S.-T. (2012). Carbon nanodots: synthesis, properties and applications. Journal of Materials Chemistry, 22(46), 24230. doi:10.1039/c2jm34690g.
27. [27] Bhaisare, M. L., Talib, A., Khan, M. S., Pandey, S. ve Wu, H. F. (2015). Synthesis of fluorescent carbon dots via microwave carbonization of citric acid in presence of tetraoctylammonium ion, and their application to cellular bioimaging. Microchimica Acta, 182(13–14), 2173–2181. doi:10.1007/s00604-015-1541-5
28. [28] Zhu, S., Panne, U. ve Rurack, K. (2013). A rapid method for the assessment of the surface group density of carboxylic acid-functionalized polystyrene microparticles. The Analyst, 138(10), 2924–30. doi:10.1039/c3an36578f