SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 76
Baixar para ler offline
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafenler ve NanobiyoteknolojikGrafenler ve Nanobiyoteknolojik
kullanımları,kullanımları,
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nanoteknoloji biyolojinin içinde; yarım milyar yıldır biyolojinin
içine girmiş.
• Nanoteknoloji tek başına da değil. Bunu bir bütünün bir parçası,
hatta her bir bütünün iç içe girmiş parçaları olarak
değerlendirmek gerekir.
• Örneğin, bir filde bile nanoteknoloji var.
NanoteknolojiNanoteknoloji
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen iki boyutlu, bir atom kalınlığında, mekanik, elektrik,
termal ve optik özellikleri ile bilimde çığır açan yeni
keşfedilmiş bir karbon allotropudur.
GrafenGrafen
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilim dünyasında heyecan yaratmış olsa da aslında çok
nadir bulunan bir malzeme değildir grafen.
• Kurşun kalemlerin içindeki grafit, grafen tabakalarının üst
üste binmesinden oluşur.
Grafit ve grafenGrafit ve grafen
Prof.Dr. İbrahim USLU
Physicists win Nobel using sticky tape andPhysicists win Nobel using sticky tape and
pencilpencil
14:00 5 October 201014:00 5 October 2010
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen bir yapıda dizilmiş bu
formu, doğada iki boyutlu tek malzeme örneğini
oluşturmasının yanı sıra, grafene olağanüstü özelliklerini de
kazandırıyor.
Karbonun bir allotropu olan GrafenKarbonun bir allotropu olan Grafen
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bir grafen tabakası küresel halde yuvarlandığında yine
zamanında bilim dünyasında yankı uyandıran fulleren oluşur.
• Fullerenler ilk olarak grafitin laserle buharlaştırılması ile
oluşturulmuşlardır.
• Fulleren üretiminde ark buharlaştırma yöntemi de
kullanılmaktadır.
• Buharlaşan grafitin yoğunlaştırılması ile fulleren elde edilir.
Grafenden Fulleren oluşumuGrafenden Fulleren oluşumu
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafene silindir şekli verildiğinde ise karbon nanotüp
oluştururuz.
Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafenin TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu)
görüntüsü
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafitten FullereneGrafitten Fullerene
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Elektronlar bu tek atom kalınlığındaki Grafen karbon
tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı
hareket ediyorlar.
Elektronlar grafen tabakasında hızlaElektronlar grafen tabakasında hızla
hareket ederlerhareket ederler
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile
karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların
silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez
daha yavaş.
Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin elektrik özellikleri bu sıra dışı malzemenin tek
olağanüstü özelliği değil. Onun pek çok olağan üstü özelliği
var.
• Örneğin Hidrofilik karekteri
Grafenin olaganüstü özellikleriGrafenin olaganüstü özellikleri
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilinen en ince malzeme olmasına
rağmen aynı zamanda en güçlü
malzeme. Aşağıdaki grafiklerde
göreceğiniz gibi çelikten 100 kat daha
güçlü.
Grafen - Çelikten 100 kat daha güçlüGrafen - Çelikten 100 kat daha güçlü
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen çelikten 100 kat daha güçlüGrafen çelikten 100 kat daha güçlü
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Isıyı en iyi ilettiği düşünülen diğer bir karbon allotropu olan
elmas, grafenin keşfi ile tahtından inmiş durumda.
Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Elektronlar grafenin tek atom kalınlığındaki karbon tabakası
içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket
ediyorlar.
• Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile
karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların
silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez
daha yavaş.
Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
Prof.Dr. İbrahim USLU
• DNA dizilerinin belirlenmesinde günümüze kadar pek çok
yöntemler denenmiştir.
• Fakat bugüne kadar geliştirilmiş kolay ve maliyeti düşük
yöntem, iyonik bir çözelti içindeki silikon-nitrür üzerine
yerleştirilmiş bir grafen düzlüğe birkaç nanometre genişliğine
gözenek açılmasıyla DNA dizilimini belirleyen nanaogözenek
yöntemidir.
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen
Teknolojisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin ilginç mekanik , elektronik
özellikleri ve ince, esnek olması
nedeniyle kolayca nanogözenekler ihmal
edilebilir.
• Araştırmacılar bu nedenle DNA dizilimi
tesbitinde grafen düzlüklerini
kullanmışlardır. Bu işleme göre DNA ipliği,
tuz çözeltisinin içinde bekleyen bir zarın
üzerindeki delikten geçer.
• Geçiş sırasında iyon akışı kesileceği için,
sinyaldeki kesintiden hangi molekülün
delikten geçtiği bulunur.
• http://www.tarimsalbiyoteknoloji.com/dna-dizi-analizinde-yeni-bir-
teknoloji-grafen-teknolojisi/
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji:
Grafen Teknolojisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen çok ince olduğundan, güçlendirmek
için birkaç atom kalınlığında titanyum oksitle
kaplanmıştır.
• Bu sayede DNA ipliğinin delikten daha rahat
geçtiği gözlemlenmiştir.
• Araştırmacılar, klasik yöntemle günler hatta
aylar alan bir DNA dizilimi belirleme
işleminin, grafenin çok ince olması ve elektrik
iletkenliğinin yüksek olması sayesinde birkaç
saat içinde tamamlanabilmesinden çok
memnun.
DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji:
Grafen Teknolojisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı
içeren yarıiletkenlerdir.
• Grafen kuantum noktalar grafen katmanlarının elektron demeti
litografisi veya kimyasal bozunma kullanarak üretilmektedir.
• Grafen kuantum noktaların spesifik elektronik ve ışık saçan
öxellikleri vardır. Grafen kuantum noktalarının 120 oC’da mavi,
100 derecede yeşil ve 80 oC’de sarı renkte ışıldadıkları
gözlenmiş ve grafen kuantum noktalarının bu tür özellikleri ise
tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer
biyomedikal uygulamalar için bir potansiyel olmuştur.
Grafen kuantum noktalarGrafen kuantum noktalar
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kuantum noktalar ışık yayan diyotlar (LED), güneş
hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere
kadar varan bir uygulama alanında umut verici yapılardır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Asya’daki araştırmacılar insan mezenşimal kök hücrelerin
proliferasyonunu engellemeyen ve kemik hücrelerine
farklılaşmayı sağlayan biyouyumlu grafen doku iskelesi
hazırlamışlar.
• Bu farklılaşma oranı sıklıkla kullanılan büyüme faktörleriyle
geliştirilmiş olanlara kıyasla kök hücre araştırmaları için daha
umut vaat edici gözükmektedir.
• http://www.nanott.hacettepe.edu.tr/nanobulten/14/nanobulten14_lr.pdf
Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök
Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök
Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Sürtünmede kaybedilen enerji ve aşınan malzemeler her geçen
gün daha da çok önem kazanırken sürtünmesiz
• yüzeylerin geliştirilmesi konusunda araştırmalar ağırlık
kazanmıştır.
• UNAM’da yapılan kuramsal araştırmalarda grafen, florografen,
ile kaplanan yüzeylerde fonon salınımına neden olan stick-slip
hareketinin oluşmayacağı ve bunun sonucu aşırı yükler altında
bile fonon yaratılması yoluyla enerji kayıpları oluşmayacağı
gösterildi.
Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kaplı yüzeyler ise hem oksidasyona, hem de
sürtünme yoluyla enerji kayıplarına engel olabilmektedir.
• Phys. Rev. Lett. 2012, Phys. Rev. B. 2012
• http://www.nano.org.tr/files/UNAM_BULTEN_2012.pdf
Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
Prof.Dr. İbrahim USLU
• B. Lu ve arkadaşları hücre kültürleri kullanarak grafenin yalnızca bakteriyel
hücrelere karşı zararlı olduğunu, hayvansal hücrelerin etkilenmediğini
gösterdi.
• Bunun sebebi olarak, hücre yarı geçirgen zarları boyunca grafenin
elektronları iletmesi olasılığı gösterildi.
• Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel
DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir
yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor.
Grafenin elektronları iletmesiGrafenin elektronları iletmesi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerekElektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek
onu yok ediyorlaronu yok ediyorlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü
elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar.
Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın
varlığı ile korunuyor.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen oksit tek sarmallı DNA’yı çift olana göre daha hızla
adsorblamakta, basit bir karıştırma veya sentrifuj yardımıyla
çok hızlı bir ayrıştırma imkanı sağlamaktadır.
• http://www.mdpi.com/2079-4991/3/2/221
Separation of Short Single- and Double-Stranded DNASeparation of Short Single- and Double-Stranded DNA usingusing
Graphene OxideGraphene Oxide
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen nanogözeneklerinden geçerken DNA’nın genetik
bilgileri elektronik akım sayesinde mümkün olmaktadır.
• http://wetwareontologies.tumblr.com/post/36735521779/nanopore-
sequencing
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Chaitanya Sathe, Xueqing Zou, Jean-Pierre Leburton, and
Klaus Schulten. ACS Nano, 5:8842-8851, 2011.
http://www.ks.uiuc.edu/Publications/P..
Computational investigation of DNAComputational investigation of DNA
detection using graphene nanopores.detection using graphene nanopores.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• inexpensive and fast methods to sequence the genome of
individuals using nanopore technology revolutionizes modern
medicine. The thickness of the membrane used to make the
nanopore presents a fundamental limitation to the physical
dimension that can be resolved. Typical solid-state
membranes are too thick and usually fail to recognize single
nucleotides on a DNA strand. Graphene is a sub-nanometer
membrane, comprising of carbon atoms arranged in a
honeycomb lattice, with remarkable electronic and
mechanical properties. The thickness of a graphene
membrane (3 A) is comparable to the vertical stacking
distance between base pairs in the DNA (3.5 A) making
graphene an ideal candidate for DNA sequencing.
• http://beckman.illinois.edu/news/2013/03/grad-student-seminars-mar-2013
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin tek sarmallı (ssDNA) ile etkileşmesi sonucunda
bozulması söz konusudur.
• Ancak grafen çift sarmallı DNAlarla etkileşime girmemektedir.
• Bundan hareketle grafen-DNA biyosensörler kullanılmaya
başlanmıştır.
BiyosensörlerBiyosensörler
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Çift ve tek sarmallı DNA yapıları florasans boya ile
etiketlendiğinde yapılan deneylerde tek sarmallı DNA
yapılarının grafenle olan etkileişimleri sonucu florasans
ışığında önemli bir miktarda azalma görülmüş ancak çift
sarmallı DNA yapılarında azalma çok az olmuştur.
Grafen tek sarmallı DNA ile etkileşirGrafen tek sarmallı DNA ile etkileşir
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen, karbon nanotüplü
biyosensörlere göre daha ucuz
ve daha fazla alanı nedeniyle
daha hassastır.
• ssDNA florasans bir boya
etiketlenmiş ssDNA grafen ile
bağlandığında florasans ışığın
neredeyse %97’sini yutar.
Ancak kanserli hücrelerin
DNA’sının grafenle temasında
florasans ışığı
yutulmayacağından açığa çıkan
ışın florasans spektroskopi
sayesinde rahatlıkla tespit
edilebilecektir.
Tek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensörTek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensör
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen Oksite tabakaları 100 nm’den küçüktür ve Grafen
Kuantum Noktaları (GQD) olarak anılırlar.
• Geleneksel kuantum noktalarına (QD) göre GQD daha fazla
alana sahip, daha ucuz ve daha fazla yüzey modifikasyonuna
müsait, daha fazla elektriksel iletken özelliklere sahiptir.
Graphen combined with EuropiumGraphen combined with Europium
Ions for Phosphate SensingIons for Phosphate Sensing
Prof.Dr. İbrahim USLU
• GQD fosfat tespitinde etkin algılama platformu sağlar.
• Su kimyasında çevre kirliliğinin tespitinde fosfat miktarı seviyesi
kirliliğin boyutu hakkında önemli bir indikatördür.
Grafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfatGrafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfat
tayinitayini
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Çevre bakanlığı gibi düzenleyici kurumların suda yaşayan
canlılar, mikroorganizmalar gibi pek çok ortamda fosfat
miktarı seviyesini sürekli olarak tespiti çok önemlidir.
Fosfat seviyesi sürekli izlenmelidirFosfat seviyesi sürekli izlenmelidir
Prof.Dr. İbrahim USLU
• GQD ile kombineli ve üzerinde Eu3+
atomları sayesinde grafen
Photoluminasans (PL) ışınları absorblama özelliğine sahiptir.
GQD üzerinde adsorblanmış EuropiumGQD üzerinde adsorblanmış Europium
IyonlarıIyonları
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Ancak Eu+3
iyonları fosfattaki oksijen verici atomlara karşı
grafen yüzeyindeki karboksilat gruplara karşı daha büyük
istek gösterir. Eu+3 iyonlarının söz konusu reaksiyonu
sonrası daha önce baskılanan photolüminasans ışığı
saçılmaya başlar böylece ortamda ne kadar fosfat varsa
ışıma şiddetide o kadar artacağından bu da fosfat sensörü
olarak kullanılır.
Grafenli fosfat sensörüGrafenli fosfat sensörü
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen ile yapılan bir başka
deneyde grafen ile bağlanmış DNA
yapılarına ilavaten serbest DNA’lar
ilave edilmiş ve daha sonra Söz
konusu DNA’ları tahrip eden enzim
ile teması sağlandığında enzimin
grafen ile bağlı DNA’larla etkileşime
girmedikleri görülmüştür.
• İşte bu nedenle DNA-grafen yapılı
kontrollu salınımlı ilaçlar vasıtasıyla
pek çok hastalığın daha etkin
tedavisi sağlanacaktır.
Grafenli ilaçlarGrafenli ilaçlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Altın nanoparçacıklardan oluşmuş kümelerin (gold
nanoclusters, GNC) grafenle oluşturduğu kompozit ler
kanser tedavisinde kullanılabilecektir.
• Altın nano klusterler (GNCs) indirgenmiş grafen oksit (RGO)
levhaları üzerinden nufüz eder ve hızla HepG2
hepatokarkinoma hücre merkezine geçerek protein ve DNA
yapısını değiştirir ve doxorubicin (DOX) gibi anti kanser
ilaçlarının aktarımını sağlar
Grafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisiGrafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Foto Dinamik Terapi (PDT) yakın kızıl ötesi (NIR)
ışığın dalga boyları ile sınırlı bir şeklide kanser
tedavisinde kullanılır.
• NIR ışın dokularımızın derinliklerine kadar girebilir.
TV uzaktan kumandası gibi pek çok alette
kullanılır. Oldukça zararsız bir ışındır .
• Grafen NIR ışına maruz kalırsa aniden ısı
enerjisine dönüşür.
• Eğer kanserli hastanın vücuduna verilen grafen
biyokonjuge antikorlar tümörün etrafını
çevrelemişse NIR ışının o bölgeye ulaşması
sonucu grafen ısıya dönüşünce açığa çıkan ısı
kanserli hücreleri yok edecek ancak bölgedeki
sağlıklı hücreler bundan zarar görmeyeceklerdir.
• http://investorintel.com/graphite-graphene-
intel/56152/#sthash.QBBw5bzr.dpuf.
Foto Dinamik TerapiFoto Dinamik Terapi (PDT)(PDT)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen yardımıyla sağklı hücrelereGrafen yardımıyla sağklı hücrelere
zarar vermeden Kanser tedavisizarar vermeden Kanser tedavisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen kullanılarak yapılan bir gen transferinde oldukça düşük bir
sitotoksisite görülmüştür.
• Grafen kullanarak Plasmid DNA’nın memeli hücre hattına transferi %95’e
kadar varan bir verimlilikle başarılmış, zebrebalığı embriyolarına olan
gen transferide %90 verimlilikle sağlanmıştır.
• Geleneksel transfer teknolojilerinde verimliliğin %30 olduğu düşünülürse
grafenin bu konuda önemi açığa çıkmaktadır.
• http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-012-0254-x
Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with
polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene
delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen oksit yardımıyla yapılan gen transferi çok verimli.
Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with
polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene
delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilim adamları, deri yaralarının
iyileşmesi için gereken süreyi
azaltan malzemeler geliştiriyorlar.
• Kanı etkili bir şekilde
pıhtılaştırabildiği için, kitosan ile
antibakteriyel özellikler gösterdiği
bilinen grafenin faydalarını
birleştirerek daha etkin yara sargı
malzemeleri, biz dahil pek çok
biliminsanı tarafından
araştırılmaktadır.
• http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2012/NR/C
2NR11958G
Grafen ve kitosan yara iyileşme süreciniGrafen ve kitosan yara iyileşme sürecini
hızlandırıyorhızlandırıyor
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Kitosan nanolifleri grafen ile ince yarı geçirgen zarlar
(membran) oluşturarak birleşmekte ve bu membran yaraları
tıpkı bir yara bandı gibi kapladığı için, kontrol örneklere göre,
ciddi oranda daha hızlı iyileştirmektedir.
• http://www.bilim.org/grafen-ve-kitosan-yara-iyilesme-surecini-hizlandiriyor.html
Grafenli sargı malzemesi yaraları hızlaGrafenli sargı malzemesi yaraları hızla
iyileştiriyoriyileştiriyor
Prof.Dr. İbrahim USLU
Sadece Kitosan kulanımına görede grafenSadece Kitosan kulanımına görede grafen
kullanımı iyileştirme sürecinikullanımı iyileştirme sürecini
hızlandırmaktadırhızlandırmaktadır
Prof.Dr. İbrahim USLU
• C.Fan, “grafen esaslı nanomalzemelerin gerçekten ilginç bir
sağlık uygulaması” olduğunu söyledi ve grafen esaslı
antibakteriyel malzemelerin yara iyileşmesini hızlandırdığını
açıkça gösterdiğini belirtti.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nanogözenekli Grafenli
membranların su
geçirgenliği , geleneksel
membranlara göre 100
hatta bazı araştırmalarda
en az 1000 kez daha
fazladır.
• Nanogözenekli grafen
membranlar bu nedenle
su saflaştırmada
gelecekte önemli rol
oynayacaktır.
Nanogözenekli Grafen katkılı membranlarNanogözenekli Grafen katkılı membranlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Nano grafen membranlar hem çok ucuz hem de yüksek yüzey
alanı nedeniyle su saflaştırma teknolojisinde çığır açacaktır.
Nano grafen mebranlarNano grafen mebranlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen tabanlı deniz suyundan tuz arındırma (desalination)
membranları nanometre ölçekli, suyun geçmesine izin veren
ancak tuz moleküllerinin geçmesine izin vermeyen yapısıyla
su arındırma en yeni teknolojidir..
Deniz suyundan tatlı su elde etmedeDeniz suyundan tatlı su elde etmede
grafen kullanımıgrafen kullanımı
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Tuzlu suyun membrandan geçmesi, grafenin geleneksel filtrelere göre 500
kez daha ince olması nedeniyle, çok az bir enerji ile gerçekleşmekte, bu
nedenle geleneksel membranlara göre 100 kez daha az enerjiye gereksinim
duymaktadır.
•
Grafen tabanlı membranlarGrafen tabanlı membranlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Water-solubility-driven separation of gases using graphene membrane,
Journal of membrane Science, p. 546, 2013
Suda çözünmüş gazların saflaştırılmasındaSuda çözünmüş gazların saflaştırılmasında
grafen kullanımıgrafen kullanımı
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen membranlar
sayesinde azotlu karışımdan
karbondioksiti de temzilemek
mümkündür.
• Karbondioksit molekülleri
grafeninin gözeneklerinden
geçerken, azot molekülleri
büyüklükleri nedeniyle
geçememektedir.
• http://scitechdaily.com/graphene-membranes-may-
help-reduce-carbon-dioxide-emissions/
Azot karışımından karbondiksitinAzot karışımından karbondiksitin
temizlenmesitemizlenmesi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• HCOOH indirgeni kullanmak suretiyle katalitik olarak zararlı olan yapısal
yönlendirici içermeyen grafen nanolevhaları üzeride platin nano yapısı
• Bilindiği üzere grafen diğer karbon alotroplarına nazaran çok daha yüksek
iletkenliğine ve yüzey alanına sahiptir.
• Grafenin kendisi de aşırı lokal elektronları Pt ‘ye daha yakın bir şekilde
konumlandırarak onu elektron çekme reaksiyonları içi çok daha uygun bir hale
getirerek katalitik etkinliği artırabilir .
• platinum nanostructure on graphene nanosheets by using HCOOH as the
reducing agent, devoid of any catalytically harmful structure-directing moieties.
• It is well known that graphene has a high conductivity and surface area compared
to the other allotropes of carbon.
• Graphene itself improves the catalytic activity of Pt by ocalizing the excess
electrons closer to the Pt and thereby making it more favourable for electron
withdrawing reactions.
33
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen Pt yakınındaki fazla elektronları lokalize ederek
Pt’nin katalitik aktivitesini artırır.
• Bu yüzden elektron çıkarma reaksiyonlarında çok etkili
olarak kullanılmaktadır.
Grafen Pt’nin katalitik aktivitesiniGrafen Pt’nin katalitik aktivitesini
artırmaktadır.artırmaktadır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen destekli PtGrafen destekli Pt nanoparnanoparçacıklarıçacıkları
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bu şekilde grafen üzerine adsorblanmış lityum atomları
görülmektedir. Bu plakalar sıkıştırıldığında yada
büküldüğünde elektrik üretirler.
Grafen yardımıyle çevre dostuGrafen yardımıyle çevre dostu
yenilenebilir elektrik üretimiyenilenebilir elektrik üretimi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u
ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektrolizi
yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir.
• Grafen destekli Pt katalizleri yardımıyla %4’lük elektroliz
yoluyla hidrojen eldesi payınındaha da artması
beklenmektedir.
Güneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etmeGüneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etme
Prof.Dr. İbrahim USLU
Suyun elektrolizinde katalizin verimliliği çokSuyun elektrolizinde katalizin verimliliği çok
önemlidir.önemlidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen üzerinde nanoparçacık
indiyum kalay (yeşil ve kırmızı)
katkılı platin nano parçacıkları
(mavi).
• Grafen Pt katalizörü çok iyi
destekleyici malzeme
olmasının yanı sıra grafenin
büyük yüzey alanı dolayısıyla
Pt’nin daha fazla alana
yayılmasını sağlar ve reaksiyon
verimliliğinin artmasına sebeb
olur. Bunun yanısıra çok iyi
elektrik iletken malzemedir.
Yakıt hücrelerinde grafen kullanımıYakıt hücrelerinde grafen kullanımı
Prof.Dr. İbrahim USLU
Yakıt HücresiYakıt Hücresi
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafenin azot gazı ortamında direk olarak bilyeli öğütma
yöntemiyle karbon bağlarını kırarak kırılan bağlara azot
bağlanması deneyleri başarılı bir şakilde yapılmaktadır.
• Grafene azot fiksleme son derece önemlidir. Böylece gübre,
amonyak gazı üretimi, patlayıcılar gibi çok önemli sanayii
kollarında üretim ciddi bir şekilde ucuzlayacaktır.
Grafene azot bağlamaGrafene azot bağlama
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Bilyeli öğütme ve karıştırma
yöntemiyle mekanokimyasal
yöntemle C−C bağlarının
kırılarak aktif hale gelmiş
karbonların direk havadaki
azotla bağlanması ve kırılan
bağlarda oluşan 5 yada altılı
azot yapılı malzemelerin sadece
amonyak üretimi, patlayıcılar
gibi sanayi kollarında değil ayni
zamanda katalizör olarak güneş
hücrelerinde yada yakıt
hücrelerinde geleneksel Pt
temelli katalizörlerin yerine
kullanılması hem katalizör
verimliliğini artıracak hem de
katalizör fiyatlarını da önemli
ölçüde azaltacaktır.
Azotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerinAzotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerin
yerine kullanılmasıyerine kullanılması
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Grafen dünyayı değiştirecektir.
• Bu nedenle ABD ve Avrupa tarafından
stratejik bir materyal olarak kabul edilmiştir.
• Dünyada grafen yapımında kullanılan
kaynaklara bu nedenle birkaç şirket
hakimdir.
• Bu kaynakların %70’i de Çin kontrolü
altındadır.
• Grafenin nerelerde kullanıldığı kadar kim
tarafından da temin edileceği çok önemlidir.
• Bu konuda çalışanlarda dikkatle
izlenmektedir.
ÖzetleÖzetle
Prof.Dr. İbrahim USLU
Grafen ile ilgili yayınlarGrafen ile ilgili yayınlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Beni dinlediğiniz için
teşekkürler
Grafen bir mucizevi malzemedir,Grafen bir mucizevi malzemedir,
Dünyayı değiştirecektirDünyayı değiştirecektir

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Graphene nanoparticles
Graphene nanoparticlesGraphene nanoparticles
Graphene nanoparticlesSandeep Kumar
 
Seminar on graphene
Seminar on grapheneSeminar on graphene
Seminar on grapheneRohit shahu
 
Graphene presentation 11 March 2014
Graphene presentation 11 March 2014Graphene presentation 11 March 2014
Graphene presentation 11 March 2014Jonathan Fosdick
 
Graphene roadmap and future of graphene based composites
Graphene roadmap and future of graphene based compositesGraphene roadmap and future of graphene based composites
Graphene roadmap and future of graphene based compositesEmad Omrani
 
Carbon nanotubes
Carbon nanotubesCarbon nanotubes
Carbon nanotubesJaffrey Joy
 
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATION
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATIONCARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATION
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATIONArjun K Gopi
 
Carbon nanotubes
Carbon nanotubesCarbon nanotubes
Carbon nanotubesN Poorin
 
Graphene - Properties & Applications
Graphene - Properties & ApplicationsGraphene - Properties & Applications
Graphene - Properties & ApplicationsAlfa Chemistry
 
Graphene : Properties and uses
Graphene : Properties and usesGraphene : Properties and uses
Graphene : Properties and usesUj17
 

Mais procurados (20)

Graphene nanoparticles
Graphene nanoparticlesGraphene nanoparticles
Graphene nanoparticles
 
Graphene
GrapheneGraphene
Graphene
 
Graphene ppt
Graphene pptGraphene ppt
Graphene ppt
 
carbon nanotubes
 carbon nanotubes   carbon nanotubes
carbon nanotubes
 
Seminar on graphene
Seminar on grapheneSeminar on graphene
Seminar on graphene
 
Graphene presentation 11 March 2014
Graphene presentation 11 March 2014Graphene presentation 11 March 2014
Graphene presentation 11 March 2014
 
Graphene
GrapheneGraphene
Graphene
 
Graphene roadmap and future of graphene based composites
Graphene roadmap and future of graphene based compositesGraphene roadmap and future of graphene based composites
Graphene roadmap and future of graphene based composites
 
GRAPHENE SOLAR POWER
GRAPHENE SOLAR POWERGRAPHENE SOLAR POWER
GRAPHENE SOLAR POWER
 
Graphene
GrapheneGraphene
Graphene
 
Graphene ppt
Graphene pptGraphene ppt
Graphene ppt
 
Carbon nanotubes
Carbon nanotubesCarbon nanotubes
Carbon nanotubes
 
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATION
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATIONCARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATION
CARBON NANOTUBES-TREATMENT AND FUNCTIONALIZATION
 
Graphene
GrapheneGraphene
Graphene
 
Nanomaterials
NanomaterialsNanomaterials
Nanomaterials
 
Graphene
GrapheneGraphene
Graphene
 
Carbon nanotubes
Carbon nanotubesCarbon nanotubes
Carbon nanotubes
 
Graphene - Properties & Applications
Graphene - Properties & ApplicationsGraphene - Properties & Applications
Graphene - Properties & Applications
 
carbon quantum dots
carbon quantum dotscarbon quantum dots
carbon quantum dots
 
Graphene : Properties and uses
Graphene : Properties and usesGraphene : Properties and uses
Graphene : Properties and uses
 

Destaque

X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi
X-ışını Fotoelektron SpektroskopisiX-ışını Fotoelektron Spektroskopisi
X-ışını Fotoelektron SpektroskopisiProf.Dr. İbrahim USLU
 
Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük
Fazlar, Faz Diyagramları ve ÇözünürlükFazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük
Fazlar, Faz Diyagramları ve ÇözünürlükProf.Dr. İbrahim USLU
 
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın YeriEğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri Prof.Dr. İbrahim USLU
 
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...Prof.Dr. İbrahim USLU
 

Destaque (20)

Grafen Çağı
Grafen ÇağıGrafen Çağı
Grafen Çağı
 
Taramalı Elektron Mikroskobu
Taramalı Elektron MikroskobuTaramalı Elektron Mikroskobu
Taramalı Elektron Mikroskobu
 
Tem sunum
Tem sunumTem sunum
Tem sunum
 
X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi
X-ışını Fotoelektron SpektroskopisiX-ışını Fotoelektron Spektroskopisi
X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi
 
Termik Analiz Yöntemleri
Termik Analiz YöntemleriTermik Analiz Yöntemleri
Termik Analiz Yöntemleri
 
Yüzey gerilimi ve Kılcallık
Yüzey gerilimi ve KılcallıkYüzey gerilimi ve Kılcallık
Yüzey gerilimi ve Kılcallık
 
Akmazlık
AkmazlıkAkmazlık
Akmazlık
 
Image J programı kullanımı
Image J programı kullanımıImage J programı kullanımı
Image J programı kullanımı
 
Nanoteknoloji ve sağlık
Nanoteknoloji ve sağlıkNanoteknoloji ve sağlık
Nanoteknoloji ve sağlık
 
Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük
Fazlar, Faz Diyagramları ve ÇözünürlükFazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük
Fazlar, Faz Diyagramları ve Çözünürlük
 
Ayteni Yaşar Uslunun Hayatı
Ayteni Yaşar Uslunun HayatıAyteni Yaşar Uslunun Hayatı
Ayteni Yaşar Uslunun Hayatı
 
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın YeriEğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri
Eğitimden Kültüre, Üretimden Gelişmişliğe Kimyanın Yeri
 
Gazi yarışma sunum
Gazi yarışma sunumGazi yarışma sunum
Gazi yarışma sunum
 
Ozmoz ve kolloitler
Ozmoz ve kolloitlerOzmoz ve kolloitler
Ozmoz ve kolloitler
 
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar, Ülkemizdek...
 
Kısırlaştırma
KısırlaştırmaKısırlaştırma
Kısırlaştırma
 
Nanoenerji̇
Nanoenerji̇Nanoenerji̇
Nanoenerji̇
 
Yuzey islemleri
Yuzey islemleriYuzey islemleri
Yuzey islemleri
 
Koligatif özellikler
Koligatif özelliklerKoligatif özellikler
Koligatif özellikler
 
Doga da nanoteknoloji
Doga da nanoteknolojiDoga da nanoteknoloji
Doga da nanoteknoloji
 

Mais de Prof.Dr. İbrahim USLU

Mais de Prof.Dr. İbrahim USLU (12)

Kastamonu
KastamonuKastamonu
Kastamonu
 
Tarihte İlk Kütüphaneler ve Kütüphanelerin Tarihi
Tarihte İlk Kütüphaneler ve Kütüphanelerin TarihiTarihte İlk Kütüphaneler ve Kütüphanelerin Tarihi
Tarihte İlk Kütüphaneler ve Kütüphanelerin Tarihi
 
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış YakıtlarNükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar
Nükleer Reaktörler Tipleri, Yakıt Çevrimi ve Kullanılmış Yakıtlar
 
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin ÖnemiRadyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
 
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin ÖnemiRadyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
Radyoaktif Kaynakların Emniyet ve Güvenliğinin Önemi
 
Nükleer tıp
Nükleer tıpNükleer tıp
Nükleer tıp
 
Katılar ve Sıvılar
Katılar ve SıvılarKatılar ve Sıvılar
Katılar ve Sıvılar
 
Tarihten günümüze NANOTEKNOLOJİ
Tarihten günümüze NANOTEKNOLOJİTarihten günümüze NANOTEKNOLOJİ
Tarihten günümüze NANOTEKNOLOJİ
 
Nasıl sağlıklı yaşarız, lise
Nasıl sağlıklı yaşarız, liseNasıl sağlıklı yaşarız, lise
Nasıl sağlıklı yaşarız, lise
 
Bağlar
BağlarBağlar
Bağlar
 
Küresel Isınmanın Faydaları
Küresel Isınmanın FaydalarıKüresel Isınmanın Faydaları
Küresel Isınmanın Faydaları
 
Dogal sivi yakacaklar
Dogal sivi yakacaklarDogal sivi yakacaklar
Dogal sivi yakacaklar
 

Mucizevi materyal; Grafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları

  • 1. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenler ve NanobiyoteknolojikGrafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları,kullanımları, Prof.Dr. İbrahim USLU
  • 2. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nanoteknoloji biyolojinin içinde; yarım milyar yıldır biyolojinin içine girmiş. • Nanoteknoloji tek başına da değil. Bunu bir bütünün bir parçası, hatta her bir bütünün iç içe girmiş parçaları olarak değerlendirmek gerekir. • Örneğin, bir filde bile nanoteknoloji var. NanoteknolojiNanoteknoloji
  • 3. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen iki boyutlu, bir atom kalınlığında, mekanik, elektrik, termal ve optik özellikleri ile bilimde çığır açan yeni keşfedilmiş bir karbon allotropudur. GrafenGrafen
  • 4. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilim dünyasında heyecan yaratmış olsa da aslında çok nadir bulunan bir malzeme değildir grafen. • Kurşun kalemlerin içindeki grafit, grafen tabakalarının üst üste binmesinden oluşur. Grafit ve grafenGrafit ve grafen
  • 5. Prof.Dr. İbrahim USLU Physicists win Nobel using sticky tape andPhysicists win Nobel using sticky tape and pencilpencil 14:00 5 October 201014:00 5 October 2010
  • 7. Prof.Dr. İbrahim USLU • Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen bir yapıda dizilmiş bu formu, doğada iki boyutlu tek malzeme örneğini oluşturmasının yanı sıra, grafene olağanüstü özelliklerini de kazandırıyor. Karbonun bir allotropu olan GrafenKarbonun bir allotropu olan Grafen
  • 8. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bir grafen tabakası küresel halde yuvarlandığında yine zamanında bilim dünyasında yankı uyandıran fulleren oluşur. • Fullerenler ilk olarak grafitin laserle buharlaştırılması ile oluşturulmuşlardır. • Fulleren üretiminde ark buharlaştırma yöntemi de kullanılmaktadır. • Buharlaşan grafitin yoğunlaştırılması ile fulleren elde edilir. Grafenden Fulleren oluşumuGrafenden Fulleren oluşumu
  • 9. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafene silindir şekli verildiğinde ise karbon nanotüp oluştururuz. Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
  • 10. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
  • 11. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenin TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu) görüntüsü
  • 12. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafitten FullereneGrafitten Fullerene
  • 13. Prof.Dr. İbrahim USLU • Elektronlar bu tek atom kalınlığındaki Grafen karbon tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket ediyorlar. Elektronlar grafen tabakasında hızlaElektronlar grafen tabakasında hızla hareket ederlerhareket ederler
  • 14. Prof.Dr. İbrahim USLU • Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez daha yavaş. Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
  • 15. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin elektrik özellikleri bu sıra dışı malzemenin tek olağanüstü özelliği değil. Onun pek çok olağan üstü özelliği var. • Örneğin Hidrofilik karekteri Grafenin olaganüstü özellikleriGrafenin olaganüstü özellikleri
  • 16. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilinen en ince malzeme olmasına rağmen aynı zamanda en güçlü malzeme. Aşağıdaki grafiklerde göreceğiniz gibi çelikten 100 kat daha güçlü. Grafen - Çelikten 100 kat daha güçlüGrafen - Çelikten 100 kat daha güçlü
  • 17. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen çelikten 100 kat daha güçlüGrafen çelikten 100 kat daha güçlü
  • 18. Prof.Dr. İbrahim USLU • Isıyı en iyi ilettiği düşünülen diğer bir karbon allotropu olan elmas, grafenin keşfi ile tahtından inmiş durumda. Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.
  • 19. Prof.Dr. İbrahim USLU • Elektronlar grafenin tek atom kalınlığındaki karbon tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket ediyorlar. • Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez daha yavaş. Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
  • 20. Prof.Dr. İbrahim USLU • DNA dizilerinin belirlenmesinde günümüze kadar pek çok yöntemler denenmiştir. • Fakat bugüne kadar geliştirilmiş kolay ve maliyeti düşük yöntem, iyonik bir çözelti içindeki silikon-nitrür üzerine yerleştirilmiş bir grafen düzlüğe birkaç nanometre genişliğine gözenek açılmasıyla DNA dizilimini belirleyen nanaogözenek yöntemidir. DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  • 21. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin ilginç mekanik , elektronik özellikleri ve ince, esnek olması nedeniyle kolayca nanogözenekler ihmal edilebilir. • Araştırmacılar bu nedenle DNA dizilimi tesbitinde grafen düzlüklerini kullanmışlardır. Bu işleme göre DNA ipliği, tuz çözeltisinin içinde bekleyen bir zarın üzerindeki delikten geçer. • Geçiş sırasında iyon akışı kesileceği için, sinyaldeki kesintiden hangi molekülün delikten geçtiği bulunur. • http://www.tarimsalbiyoteknoloji.com/dna-dizi-analizinde-yeni-bir- teknoloji-grafen-teknolojisi/ DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  • 22. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen çok ince olduğundan, güçlendirmek için birkaç atom kalınlığında titanyum oksitle kaplanmıştır. • Bu sayede DNA ipliğinin delikten daha rahat geçtiği gözlemlenmiştir. • Araştırmacılar, klasik yöntemle günler hatta aylar alan bir DNA dizilimi belirleme işleminin, grafenin çok ince olması ve elektrik iletkenliğinin yüksek olması sayesinde birkaç saat içinde tamamlanabilmesinden çok memnun. DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  • 23. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı içeren yarıiletkenlerdir. • Grafen kuantum noktalar grafen katmanlarının elektron demeti litografisi veya kimyasal bozunma kullanarak üretilmektedir. • Grafen kuantum noktaların spesifik elektronik ve ışık saçan öxellikleri vardır. Grafen kuantum noktalarının 120 oC’da mavi, 100 derecede yeşil ve 80 oC’de sarı renkte ışıldadıkları gözlenmiş ve grafen kuantum noktalarının bu tür özellikleri ise tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer biyomedikal uygulamalar için bir potansiyel olmuştur. Grafen kuantum noktalarGrafen kuantum noktalar
  • 24. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kuantum noktalar ışık yayan diyotlar (LED), güneş hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere kadar varan bir uygulama alanında umut verici yapılardır.
  • 25. Prof.Dr. İbrahim USLU • Asya’daki araştırmacılar insan mezenşimal kök hücrelerin proliferasyonunu engellemeyen ve kemik hücrelerine farklılaşmayı sağlayan biyouyumlu grafen doku iskelesi hazırlamışlar. • Bu farklılaşma oranı sıklıkla kullanılan büyüme faktörleriyle geliştirilmiş olanlara kıyasla kök hücre araştırmaları için daha umut vaat edici gözükmektedir. • http://www.nanott.hacettepe.edu.tr/nanobulten/14/nanobulten14_lr.pdf Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
  • 26. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
  • 27. Prof.Dr. İbrahim USLU • Sürtünmede kaybedilen enerji ve aşınan malzemeler her geçen gün daha da çok önem kazanırken sürtünmesiz • yüzeylerin geliştirilmesi konusunda araştırmalar ağırlık kazanmıştır. • UNAM’da yapılan kuramsal araştırmalarda grafen, florografen, ile kaplanan yüzeylerde fonon salınımına neden olan stick-slip hareketinin oluşmayacağı ve bunun sonucu aşırı yükler altında bile fonon yaratılması yoluyla enerji kayıpları oluşmayacağı gösterildi. Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
  • 28. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kaplı yüzeyler ise hem oksidasyona, hem de sürtünme yoluyla enerji kayıplarına engel olabilmektedir. • Phys. Rev. Lett. 2012, Phys. Rev. B. 2012 • http://www.nano.org.tr/files/UNAM_BULTEN_2012.pdf Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
  • 29. Prof.Dr. İbrahim USLU • B. Lu ve arkadaşları hücre kültürleri kullanarak grafenin yalnızca bakteriyel hücrelere karşı zararlı olduğunu, hayvansal hücrelerin etkilenmediğini gösterdi. • Bunun sebebi olarak, hücre yarı geçirgen zarları boyunca grafenin elektronları iletmesi olasılığı gösterildi. • Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor. Grafenin elektronları iletmesiGrafenin elektronları iletmesi
  • 30. Prof.Dr. İbrahim USLU Elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerekElektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlaronu yok ediyorlar
  • 31. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor.
  • 32. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen oksit tek sarmallı DNA’yı çift olana göre daha hızla adsorblamakta, basit bir karıştırma veya sentrifuj yardımıyla çok hızlı bir ayrıştırma imkanı sağlamaktadır. • http://www.mdpi.com/2079-4991/3/2/221 Separation of Short Single- and Double-Stranded DNASeparation of Short Single- and Double-Stranded DNA usingusing Graphene OxideGraphene Oxide
  • 33. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen nanogözeneklerinden geçerken DNA’nın genetik bilgileri elektronik akım sayesinde mümkün olmaktadır. • http://wetwareontologies.tumblr.com/post/36735521779/nanopore- sequencing
  • 34. Prof.Dr. İbrahim USLU • Chaitanya Sathe, Xueqing Zou, Jean-Pierre Leburton, and Klaus Schulten. ACS Nano, 5:8842-8851, 2011. http://www.ks.uiuc.edu/Publications/P.. Computational investigation of DNAComputational investigation of DNA detection using graphene nanopores.detection using graphene nanopores.
  • 35. Prof.Dr. İbrahim USLU • inexpensive and fast methods to sequence the genome of individuals using nanopore technology revolutionizes modern medicine. The thickness of the membrane used to make the nanopore presents a fundamental limitation to the physical dimension that can be resolved. Typical solid-state membranes are too thick and usually fail to recognize single nucleotides on a DNA strand. Graphene is a sub-nanometer membrane, comprising of carbon atoms arranged in a honeycomb lattice, with remarkable electronic and mechanical properties. The thickness of a graphene membrane (3 A) is comparable to the vertical stacking distance between base pairs in the DNA (3.5 A) making graphene an ideal candidate for DNA sequencing. • http://beckman.illinois.edu/news/2013/03/grad-student-seminars-mar-2013
  • 37. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin tek sarmallı (ssDNA) ile etkileşmesi sonucunda bozulması söz konusudur. • Ancak grafen çift sarmallı DNAlarla etkileşime girmemektedir. • Bundan hareketle grafen-DNA biyosensörler kullanılmaya başlanmıştır. BiyosensörlerBiyosensörler
  • 38. Prof.Dr. İbrahim USLU • Çift ve tek sarmallı DNA yapıları florasans boya ile etiketlendiğinde yapılan deneylerde tek sarmallı DNA yapılarının grafenle olan etkileişimleri sonucu florasans ışığında önemli bir miktarda azalma görülmüş ancak çift sarmallı DNA yapılarında azalma çok az olmuştur. Grafen tek sarmallı DNA ile etkileşirGrafen tek sarmallı DNA ile etkileşir
  • 39. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen, karbon nanotüplü biyosensörlere göre daha ucuz ve daha fazla alanı nedeniyle daha hassastır. • ssDNA florasans bir boya etiketlenmiş ssDNA grafen ile bağlandığında florasans ışığın neredeyse %97’sini yutar. Ancak kanserli hücrelerin DNA’sının grafenle temasında florasans ışığı yutulmayacağından açığa çıkan ışın florasans spektroskopi sayesinde rahatlıkla tespit edilebilecektir. Tek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensörTek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensör
  • 40. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen Oksite tabakaları 100 nm’den küçüktür ve Grafen Kuantum Noktaları (GQD) olarak anılırlar. • Geleneksel kuantum noktalarına (QD) göre GQD daha fazla alana sahip, daha ucuz ve daha fazla yüzey modifikasyonuna müsait, daha fazla elektriksel iletken özelliklere sahiptir. Graphen combined with EuropiumGraphen combined with Europium Ions for Phosphate SensingIons for Phosphate Sensing
  • 41. Prof.Dr. İbrahim USLU • GQD fosfat tespitinde etkin algılama platformu sağlar. • Su kimyasında çevre kirliliğinin tespitinde fosfat miktarı seviyesi kirliliğin boyutu hakkında önemli bir indikatördür. Grafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfatGrafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfat tayinitayini
  • 42. Prof.Dr. İbrahim USLU • Çevre bakanlığı gibi düzenleyici kurumların suda yaşayan canlılar, mikroorganizmalar gibi pek çok ortamda fosfat miktarı seviyesini sürekli olarak tespiti çok önemlidir. Fosfat seviyesi sürekli izlenmelidirFosfat seviyesi sürekli izlenmelidir
  • 43. Prof.Dr. İbrahim USLU • GQD ile kombineli ve üzerinde Eu3+ atomları sayesinde grafen Photoluminasans (PL) ışınları absorblama özelliğine sahiptir. GQD üzerinde adsorblanmış EuropiumGQD üzerinde adsorblanmış Europium IyonlarıIyonları
  • 44. Prof.Dr. İbrahim USLU • Ancak Eu+3 iyonları fosfattaki oksijen verici atomlara karşı grafen yüzeyindeki karboksilat gruplara karşı daha büyük istek gösterir. Eu+3 iyonlarının söz konusu reaksiyonu sonrası daha önce baskılanan photolüminasans ışığı saçılmaya başlar böylece ortamda ne kadar fosfat varsa ışıma şiddetide o kadar artacağından bu da fosfat sensörü olarak kullanılır. Grafenli fosfat sensörüGrafenli fosfat sensörü
  • 45. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen ile yapılan bir başka deneyde grafen ile bağlanmış DNA yapılarına ilavaten serbest DNA’lar ilave edilmiş ve daha sonra Söz konusu DNA’ları tahrip eden enzim ile teması sağlandığında enzimin grafen ile bağlı DNA’larla etkileşime girmedikleri görülmüştür. • İşte bu nedenle DNA-grafen yapılı kontrollu salınımlı ilaçlar vasıtasıyla pek çok hastalığın daha etkin tedavisi sağlanacaktır. Grafenli ilaçlarGrafenli ilaçlar
  • 47. Prof.Dr. İbrahim USLU • Altın nanoparçacıklardan oluşmuş kümelerin (gold nanoclusters, GNC) grafenle oluşturduğu kompozit ler kanser tedavisinde kullanılabilecektir. • Altın nano klusterler (GNCs) indirgenmiş grafen oksit (RGO) levhaları üzerinden nufüz eder ve hızla HepG2 hepatokarkinoma hücre merkezine geçerek protein ve DNA yapısını değiştirir ve doxorubicin (DOX) gibi anti kanser ilaçlarının aktarımını sağlar Grafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisiGrafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisi
  • 49. Prof.Dr. İbrahim USLU • Foto Dinamik Terapi (PDT) yakın kızıl ötesi (NIR) ışığın dalga boyları ile sınırlı bir şeklide kanser tedavisinde kullanılır. • NIR ışın dokularımızın derinliklerine kadar girebilir. TV uzaktan kumandası gibi pek çok alette kullanılır. Oldukça zararsız bir ışındır . • Grafen NIR ışına maruz kalırsa aniden ısı enerjisine dönüşür. • Eğer kanserli hastanın vücuduna verilen grafen biyokonjuge antikorlar tümörün etrafını çevrelemişse NIR ışının o bölgeye ulaşması sonucu grafen ısıya dönüşünce açığa çıkan ısı kanserli hücreleri yok edecek ancak bölgedeki sağlıklı hücreler bundan zarar görmeyeceklerdir. • http://investorintel.com/graphite-graphene- intel/56152/#sthash.QBBw5bzr.dpuf. Foto Dinamik TerapiFoto Dinamik Terapi (PDT)(PDT)
  • 50. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen yardımıyla sağklı hücrelereGrafen yardımıyla sağklı hücrelere zarar vermeden Kanser tedavisizarar vermeden Kanser tedavisi
  • 51. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kullanılarak yapılan bir gen transferinde oldukça düşük bir sitotoksisite görülmüştür. • Grafen kullanarak Plasmid DNA’nın memeli hücre hattına transferi %95’e kadar varan bir verimlilikle başarılmış, zebrebalığı embriyolarına olan gen transferide %90 verimlilikle sağlanmıştır. • Geleneksel transfer teknolojilerinde verimliliğin %30 olduğu düşünülürse grafenin bu konuda önemi açığa çıkmaktadır. • http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-012-0254-x Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
  • 52. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen oksit yardımıyla yapılan gen transferi çok verimli. Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
  • 53. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilim adamları, deri yaralarının iyileşmesi için gereken süreyi azaltan malzemeler geliştiriyorlar. • Kanı etkili bir şekilde pıhtılaştırabildiği için, kitosan ile antibakteriyel özellikler gösterdiği bilinen grafenin faydalarını birleştirerek daha etkin yara sargı malzemeleri, biz dahil pek çok biliminsanı tarafından araştırılmaktadır. • http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2012/NR/C 2NR11958G Grafen ve kitosan yara iyileşme süreciniGrafen ve kitosan yara iyileşme sürecini hızlandırıyorhızlandırıyor
  • 54. Prof.Dr. İbrahim USLU • Kitosan nanolifleri grafen ile ince yarı geçirgen zarlar (membran) oluşturarak birleşmekte ve bu membran yaraları tıpkı bir yara bandı gibi kapladığı için, kontrol örneklere göre, ciddi oranda daha hızlı iyileştirmektedir. • http://www.bilim.org/grafen-ve-kitosan-yara-iyilesme-surecini-hizlandiriyor.html Grafenli sargı malzemesi yaraları hızlaGrafenli sargı malzemesi yaraları hızla iyileştiriyoriyileştiriyor
  • 55. Prof.Dr. İbrahim USLU Sadece Kitosan kulanımına görede grafenSadece Kitosan kulanımına görede grafen kullanımı iyileştirme sürecinikullanımı iyileştirme sürecini hızlandırmaktadırhızlandırmaktadır
  • 56. Prof.Dr. İbrahim USLU • C.Fan, “grafen esaslı nanomalzemelerin gerçekten ilginç bir sağlık uygulaması” olduğunu söyledi ve grafen esaslı antibakteriyel malzemelerin yara iyileşmesini hızlandırdığını açıkça gösterdiğini belirtti.
  • 57. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nanogözenekli Grafenli membranların su geçirgenliği , geleneksel membranlara göre 100 hatta bazı araştırmalarda en az 1000 kez daha fazladır. • Nanogözenekli grafen membranlar bu nedenle su saflaştırmada gelecekte önemli rol oynayacaktır. Nanogözenekli Grafen katkılı membranlarNanogözenekli Grafen katkılı membranlar
  • 58. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nano grafen membranlar hem çok ucuz hem de yüksek yüzey alanı nedeniyle su saflaştırma teknolojisinde çığır açacaktır. Nano grafen mebranlarNano grafen mebranlar
  • 59. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen tabanlı deniz suyundan tuz arındırma (desalination) membranları nanometre ölçekli, suyun geçmesine izin veren ancak tuz moleküllerinin geçmesine izin vermeyen yapısıyla su arındırma en yeni teknolojidir.. Deniz suyundan tatlı su elde etmedeDeniz suyundan tatlı su elde etmede grafen kullanımıgrafen kullanımı
  • 60. Prof.Dr. İbrahim USLU • Tuzlu suyun membrandan geçmesi, grafenin geleneksel filtrelere göre 500 kez daha ince olması nedeniyle, çok az bir enerji ile gerçekleşmekte, bu nedenle geleneksel membranlara göre 100 kez daha az enerjiye gereksinim duymaktadır. • Grafen tabanlı membranlarGrafen tabanlı membranlar
  • 62. Prof.Dr. İbrahim USLU • Water-solubility-driven separation of gases using graphene membrane, Journal of membrane Science, p. 546, 2013 Suda çözünmüş gazların saflaştırılmasındaSuda çözünmüş gazların saflaştırılmasında grafen kullanımıgrafen kullanımı
  • 63. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen membranlar sayesinde azotlu karışımdan karbondioksiti de temzilemek mümkündür. • Karbondioksit molekülleri grafeninin gözeneklerinden geçerken, azot molekülleri büyüklükleri nedeniyle geçememektedir. • http://scitechdaily.com/graphene-membranes-may- help-reduce-carbon-dioxide-emissions/ Azot karışımından karbondiksitinAzot karışımından karbondiksitin temizlenmesitemizlenmesi
  • 64. Prof.Dr. İbrahim USLU • HCOOH indirgeni kullanmak suretiyle katalitik olarak zararlı olan yapısal yönlendirici içermeyen grafen nanolevhaları üzeride platin nano yapısı • Bilindiği üzere grafen diğer karbon alotroplarına nazaran çok daha yüksek iletkenliğine ve yüzey alanına sahiptir. • Grafenin kendisi de aşırı lokal elektronları Pt ‘ye daha yakın bir şekilde konumlandırarak onu elektron çekme reaksiyonları içi çok daha uygun bir hale getirerek katalitik etkinliği artırabilir . • platinum nanostructure on graphene nanosheets by using HCOOH as the reducing agent, devoid of any catalytically harmful structure-directing moieties. • It is well known that graphene has a high conductivity and surface area compared to the other allotropes of carbon. • Graphene itself improves the catalytic activity of Pt by ocalizing the excess electrons closer to the Pt and thereby making it more favourable for electron withdrawing reactions. 33
  • 65. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen Pt yakınındaki fazla elektronları lokalize ederek Pt’nin katalitik aktivitesini artırır. • Bu yüzden elektron çıkarma reaksiyonlarında çok etkili olarak kullanılmaktadır. Grafen Pt’nin katalitik aktivitesiniGrafen Pt’nin katalitik aktivitesini artırmaktadır.artırmaktadır.
  • 66. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen destekli PtGrafen destekli Pt nanoparnanoparçacıklarıçacıkları
  • 67. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bu şekilde grafen üzerine adsorblanmış lityum atomları görülmektedir. Bu plakalar sıkıştırıldığında yada büküldüğünde elektrik üretirler. Grafen yardımıyle çevre dostuGrafen yardımıyle çevre dostu yenilenebilir elektrik üretimiyenilenebilir elektrik üretimi
  • 68. Prof.Dr. İbrahim USLU • Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektrolizi yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir. • Grafen destekli Pt katalizleri yardımıyla %4’lük elektroliz yoluyla hidrojen eldesi payınındaha da artması beklenmektedir. Güneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etmeGüneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etme
  • 69. Prof.Dr. İbrahim USLU Suyun elektrolizinde katalizin verimliliği çokSuyun elektrolizinde katalizin verimliliği çok önemlidir.önemlidir.
  • 70. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen üzerinde nanoparçacık indiyum kalay (yeşil ve kırmızı) katkılı platin nano parçacıkları (mavi). • Grafen Pt katalizörü çok iyi destekleyici malzeme olmasının yanı sıra grafenin büyük yüzey alanı dolayısıyla Pt’nin daha fazla alana yayılmasını sağlar ve reaksiyon verimliliğinin artmasına sebeb olur. Bunun yanısıra çok iyi elektrik iletken malzemedir. Yakıt hücrelerinde grafen kullanımıYakıt hücrelerinde grafen kullanımı
  • 71. Prof.Dr. İbrahim USLU Yakıt HücresiYakıt Hücresi
  • 72. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin azot gazı ortamında direk olarak bilyeli öğütma yöntemiyle karbon bağlarını kırarak kırılan bağlara azot bağlanması deneyleri başarılı bir şakilde yapılmaktadır. • Grafene azot fiksleme son derece önemlidir. Böylece gübre, amonyak gazı üretimi, patlayıcılar gibi çok önemli sanayii kollarında üretim ciddi bir şekilde ucuzlayacaktır. Grafene azot bağlamaGrafene azot bağlama
  • 73. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilyeli öğütme ve karıştırma yöntemiyle mekanokimyasal yöntemle C−C bağlarının kırılarak aktif hale gelmiş karbonların direk havadaki azotla bağlanması ve kırılan bağlarda oluşan 5 yada altılı azot yapılı malzemelerin sadece amonyak üretimi, patlayıcılar gibi sanayi kollarında değil ayni zamanda katalizör olarak güneş hücrelerinde yada yakıt hücrelerinde geleneksel Pt temelli katalizörlerin yerine kullanılması hem katalizör verimliliğini artıracak hem de katalizör fiyatlarını da önemli ölçüde azaltacaktır. Azotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerinAzotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerin yerine kullanılmasıyerine kullanılması
  • 74. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen dünyayı değiştirecektir. • Bu nedenle ABD ve Avrupa tarafından stratejik bir materyal olarak kabul edilmiştir. • Dünyada grafen yapımında kullanılan kaynaklara bu nedenle birkaç şirket hakimdir. • Bu kaynakların %70’i de Çin kontrolü altındadır. • Grafenin nerelerde kullanıldığı kadar kim tarafından da temin edileceği çok önemlidir. • Bu konuda çalışanlarda dikkatle izlenmektedir. ÖzetleÖzetle
  • 75. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen ile ilgili yayınlarGrafen ile ilgili yayınlar
  • 76. Prof.Dr. İbrahim USLU • Beni dinlediğiniz için teşekkürler Grafen bir mucizevi malzemedir,Grafen bir mucizevi malzemedir, Dünyayı değiştirecektirDünyayı değiştirecektir