| |
Klasik metalik nanopartikül sentez prosesinde öncelikle kullanılan metal iyonları indirgenip oluşturdukları atom ya da moleküller belli bir dizilime girerek kristal yapıdaki katı form oluşturmaya başlarlar. Metal oksit nanopartiküllerin bitkisel sentezinde ise bitkinin farklı bölümleri (yaprak, kök, kabuk, çekirdek, çiçek) kullanılabilmektedir. Bitkiye ait olan maddelerin suda çözünürlüğü olduğu için bitki ekstraktları ile metal indirgenmesi hızlı olmaktadır. Bitkiye ait biyolojik maddeler ise bitkisel sentezde nanopartikül oluşma aşamalarında görev yapmakta olup öncelikle kullanılan metal iyonunu indirgemektedirler. Elde edilen nanopartiküllerin şekilleri genellikle küresel şekillerde olup, hidrodinamik çapları ise 15 – 90 nm arasında değişmektedir. Metal oksit nanopartiküllerin sentezinde kullanılan bitkiden kaynaklı amino asit, sitrik asit, flavonoidler, fenol bileşikleri, terpenler, enzimler, peptitler, polisakkaritler, saponinler ve taninler prekursör olarak kullanılan metal iyonunun (Ag+, Fe+3) indirgenmesinde rol alırlar. Stabilize edici olarak ise polifenoller, enzimler, sitrik asit, vitaminler (B, C, D, K), biyobozunur polimerler oluşan partikül çevresini kaplayarak partiküllerin kümeleşmesini engellemektedirler.
Metal oksit nanopartiküllerin sentezi ve de karakterizasyonunu etkileyen faktörler arasında sentez sırasındaki pH, sıcaklık, reaksiyon süresi, metal iyon konsantrasyonu, ekstrakt içeriği, sentez protokolü gibi parametreler olmak ile ayrıca bitkinin toplandığı mevsim, coğrafi bölge, abiyotik (sıcaklık, metal ya da pestisit kirliliği) ve de biyotik (patojen) etkenler de bulunmaktadır. Nanopartiküllerin sentezine etki eden faktörlerin kontrolünün sağlanması ise arzu edilen nanopartikül boyutunun elde edilmesi için önem taşımaktadır. Keçiboynuzu kabuğu ise içeriğinde yoğun olarak şekerli bileşikler, fenolik maddeler, fenolik asitler ve de mineraller (K, Ca, P, Mg) bulundurmaktadır. Keçiboynuzu ekstraktı içindeki biyomaddeler ise indirgeyici, kaplayıcı ve stabilize edici ajanlar olarak görev yapmaktadırlar.
Bu çalışmada ise bitkisel demir oksit nanopartiküllerinin sentezi için keçiboynuzu kabuğunun sulu ekstraktı kullanılmıştır. Nanopartikül hidrodinamik çapının (<100 nm) ve de boyut dağılımının (<0,7) minimum olması baz alınarak en iyi faktör kombinasyonu tespit edilmeye çalışılmıştır. Bunun için reaksiyon sıcaklığı, ekstrakt başlangıç pH, bitki konsantrasyonu, demir iyon konsantrasyonu, karıştırma hızı ve reaksiyon süresi faktörleri belirlenen üç farklı seviyede tanımlanmış ve Taguchi L27 ortogonal dizisi ile deney tasarımı gerçekleştirilmiştir. Taguchi deney tasarımındaki faktörlerin etkisi ve anlamlılığı ANOVA Genel Doğrusal Modeli ile değerlendirilmiştir. Minitab 2.0 programı kullanılarak hidrodinamik çap ve boyut dağılımı için P değeri (anlamlılık) hesaplanmıştır. P değeri <0,05 altında olan faktörlerin minimum hidrodinamik çap ve de partikül dağılımına etkisi olduğu kabul edilmiştir.
Optimum koşullar tespit edildikten sonra ise yapılan UV-vis spektrofotometre, dinamik ışık saçılımı spektrometresi, zeta potansiyel ölçümü, taramalı elektron mikroskobu, fourier transform infrared spektrofotometre, X-ışını kırınımı karakterizasyon analizleri ile sentezlenen nanopartiküllerin tipi ve de morfolojisi ile ilgili analiz yapılmıştır.
Sonuç olarak deney tasarımına göre L27 matrisinde üç tekrarlı deneyler yapılarak sentez için en iyi kombinasyon; %10 bitki konsantrasyonu, 0,14 M demir iyon konsantrasyonu, 2 saat reaksiyon süresi, 25°C reaksiyon sıcaklığı, 400 rpm karıştırma hızı ve de ekstrakt başlangıç pH’ı 5 olarak tespit edilmiştir. Karakterizasyon çalışması ile en iyi faktör kombinasyonunda 68±2 nm hidrodinamik çapında, 0,48 ±0,06 dağılım değerinde, 11±3 mV zeta potansiyelinde küresel şekilli demir oksit nanopartikülleri sentezlenmiştir. Nanopartikül sentezine birinci sırada etki eden faktörün ekstrakt konsantrasyonu olduğu tespit edilmiştir. Nanopartikül hidrodinamik çapının ve de dağılım değerinin minimum elde edildiği kombinasyonda her bir parametrenin etki oranları ANOVA analizi sonucu bulunmuştur. Sonuç olarak %4,34 bitki oranı, %20,34 demir iyon konsantrasyonu, %29,31 reaksiyon süresi, %36,8 sıcaklık, %1,56 karıştırma hızı ve de %2,07 pH etkisi hesaplanmıştır.
Bu çalışma, Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından FDK-2021-10896 nolu proje ile desteklenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Bitkisel Sentez, Demir Oksit Nanopartiküller, Keçiboynuzu, Taguchi, Prosedür optimizasyonu
|
