Multifonksiyonel Akıllı Nanofiber Malzemeler: Elektrospin ile Elde Edilen Silisyum QD Modifiye Selüloz Asetat Nanofiberlerin Kolorimetrik Sensör Olarak Kullanılması
Abstract
Akıllı malzemeler, nanoteknolojik sistemlerin bottom-up veya top-down metotları kullanılarak bir araya getirilmesiyle sıcaklık, basınç, pH, görünür bölge emisyon özellikleri, fotokataliz, sensör özellikleri gibi farklı parametrelerin tekli veya çoklu kullanımını sağlayan platformlardır. Bu platformlarda öncelikle bütün nano fonksiyonel özellikleri bir araya getirecek bir matriks (ana yapı, iskelet yapısı) oluşturulmalı ve daha sonra akıllı malzemelerin sentezi için temel bir nanoyapı veya kuantum yapısı tanımlanmalıdır. Nanoyapılar, matriks yapısının fiziksel, kimyasal ve hatta yüzey özelliklerini kısmen veya tamamen modifiye ederek bütünleşik ve birbirini negatif açıdan etkilemeyen multifonksiyonel bir sistem oluştururlar. Tanımlanan bu multifonksiyonel yapının sağladığı özellikler fiziksel ve kimyasal açıdan belirlendikten sonra istenen amaçlar için kullanılabilir.
Nanofiberler, son zamanlarda elektrospin tekniği kullanılarak elde edilen ve geniş bir uygulama alanına sahip, temelde birçok farklı özelliğin bir arada kullanılabilmesine olanak sağlayan önemli bir malzeme sınıfını temsil etmektedir. Nanofiberler doğal polimerlerden veya sentetik yapılarından sentezlenebilir. Elektrospin tekniğiyle belirli bir viskoziteye sahip doğal veya sentetik polimerik yapılar, istenen aralıklarda voltaj uygulanarak hızlı bir şekilde kurutulabilir ve polimerik yapılar fiber halinde, yani 1 boyutlu (1D) malzemeler şeklinde ve her zaman mikron yarıçaplarından daha küçük olarak elde edilebilir. Nanofiberler, multifonksiyonel sistemler için en temel matriks yapılarından birini oluşturmaktadırlar.
Bu çalışmada, selüloz asetat polimeri, solvent karışımlarında homojen bir şekilde hazırlanmış ve elektrospin yöntemi kullanılarak parametreler standardize edildikten sonra düzgün ve boncuksuz nanofiberler elde edilmiştir. Bu nanofiberlerin fiziksel, yüzeysel ve kimyasal karakterizasyonu gerçekleştirildikten sonra, ayrıca sentezlenen ve karakterize edilen silisyum kuantum partikülleri, elde edilen fiberler üzerine dekore edilmiş ve bu yapıların kolorimetrik sensör olarak kullanılabilmesinin olanakları araştırılmıştır. Bu çalışma, multifonksiyonel nanofiberlerin çoklu özelliklerinin inşasındaki basamakların birinin tanımlanması ve uygulanmasında önemli bir örnek teşkil etmektedir. Smart materials are platforms that enable the singular or multiple use of different parameters such as temperature, pressure, pH, visible region emission properties, photocatalysis, and sensor characteristics, by assembling nanotechnological systems through bottom-up or top-down methods. In these platforms, initially, a matrix (main structure, skeletal framework) should be created to bring together all nano-functional features, and then a fundamental nanostructure or quantum structure should be defined for the synthesis of smart materials. Nanostructures modify the physical, chemical, and even surface properties of the matrix structure, creating an integrated and multifunctional system that does not negatively affect each other. Once the properties of this defined multifunctional structure are determined physically and chemically, they can be used for the intended purposes.
Nanofibers represent an important class of materials obtained recently using the electrospinning technique, allowing the utilization of various properties together and having a wide range of applications. Nanofibers can be synthesized from natural polymers or synthetic structures. The electrospinning technique enables the rapid drying of natural or synthetic polymeric structures with a specific viscosity by applying voltage at specified intervals, resulting in polymeric structures in the form of fibers, i.e., 1-dimensional (1D) materials, always smaller than micron radii. Nanofibers constitute one of the fundamental matrix structures for multifunctional systems.
In this study, cellulose acetate polymer was homogeneously prepared in solvent mixtures and, after standardizing parameters using the electrospinning method, uniform and bead-free nanofibers were obtained. After the physical, surface, and chemical characterization of these nanofibers, silicon quantum particles synthesized and characterized and decorated onto the obtained fibers. The possibilities of using these structures as colorimetric sensors were investigated. This study represents an important example in defining and implementing the steps in the construction of multifunctional nanofibers.
