T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NANO KREMLERİN ÜRETİMİ. Elif Esra ALTUNER YÜKSEK LİSANS TEZİ. Kimya Anabilim Dalı
Download "T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NANO KREMLERİN ÜRETİMİ. Elif Esra ALTUNER YÜKSEK LİSANS TEZİ. Kimya Anabilim Dalı"
1 T.C. SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NANO KREMLERİN ÜRETİMİ Elif Esra ALTUNER YÜKSEK LİSANS TEZİ Kimya Anabilim Dalı Şubat-2013 KONYA Her Hakkı Saklıdır
3 TEZ BİLDİRİMİ Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. DECLARATION PAGE I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work. Elif Esra ALTUNER Tarih:
4 ÖZET YÜKSEK LİSANS TEZİ Nano Kremlerin Üretimi Elif Esra ALTUNER Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Emine ÖZCAN 2012, 65 Sayfa Jüri Prof. Dr. Emine ÖZCAN Doç. Dr. Ahmet COŞKUN Yrd. Doç. Dr. Nejdet ŞEN Bu çalışmada, Nano boyutta Gümüş parçacıkları elde edildi ve hazırlanan iki tür kremlere ilave edildi.bu elde edilen karışımın (kremlerin) antibakteriyel özellikleri araştırıldı. Anahtar kelimeler : Antibakteriyel etki,nano gümüş, Nano kremler. i
5 ABSTRACT MS THESIS Elif Esra ALTUNER SELÇUK UNIVERSITY THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF DEPARTMENT CHEMİSTRY Advisor: Prof. Dr. Emine ÖZCAN 2012, 64 Pages Jury Prof. Dr. Emine ÖZCAN Assoc. Prof. Dr. Ahmet COŞKUN Asst. Prof. Dr. Nejdet ŞEN In this study silver particles are that is nano size were obtained and were added preparing two cream samples.this solution is that are obtained (creams) were investigated antibacterial effects. Keywords: Antibacterial effect, Nano Silver, Nano Creams. ii
6 ÖNSÖZ Bu çalışma, Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Öğretim Üyelerinden Prof. Dr. Emine ÖZCAN yönetiminde hazırlanarak,selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü ne yüksek lisans tezi olarak sunulmuştur. Yüksek lisans tezimi yöneten ve çalışmamın her safhasında yakın ilgi ve yardımlarını esirgemeyen değerli danışman hocam Prof. Dr. Emine ÖZCAN a sonsuz saygılarımı ve teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmalarım boyunca kendisinden devamlı olarak yardım ve desteğini gördüğüm S.Ü Fen Fakültesi Kimya Öğretim Üyelerinden Yrd.Doç. Dr. Nejdet ŞEN hocamıza minnettarlığımı sunarım. Ayrıca antibateriyel etki konusunda desteklerini gördüğüm S.Ü Veteriner Fakültesi öğretim üyesi Doç. Dr. Hasan Hüseyin HADİMLİ ve Dr. Zafer SAYIN a teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarım boyunca emekleri geçen tüm Selçuk Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya öğretim üyelerine saygılarımı sunarım. Bütün tahsil hayatım boyunca maddi ve manevi yardımlarıyla bana her zaman destek olan değerli aileme sonsuz hürmetlerimi sunarım. Elif Esra ALTUNER KONYA-2013 iii
7 İÇİNDEKİLER ÖZET...i ABSTRACT... ii ÖNSÖZ... iiii İÇİNDEKİLER... iii 1. GİRİŞ Kremler ve özellikleri Kremlerin tarihçesi Gümüş ve nano gümüş Gümüş ve özellikleri Gümüşün tarihçesi Gümüşün alaşımları Gümüşün bileşikleri Gümüşün üretimi Nano gümüş nedir? Nano gümüşün etkileri Nano gümüş partiküllerinin hücre zarından geçebilmesi Antibakteriyel, antifungal ve antimikrobiyal özellikleri Dokumacılıkta kullanılması Tedavi edici olması Nano gümüş kremleri nedir? Nano gümüş kremlerin zararlı mikroorganizmaları yok etme mekanizması Naano gümüş kremlerin dolaşım sistemine etkisi KAYNAK ARAŞTIRMASI MATERYAL VE YÖNTEM Nano gümüş partiküllerin üretimi Nano gümüş partikülleri üretiminde kullanılan malzemeler Deneyin yapılışı Kremlerin üretimi Norveç usulü el kremi üretimi Norveç usulü el kremi malzemeleri Deneyin yapılışı Soğuk proses el kremi üretimi Soğuk proses el kremi malzemeleri Deneyin yapılışı ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA iv
8 5. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Sonuçlar Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ v
9 1 1. GİRİŞ 1.1. Kremler ve özellikleri Kozmetik; insan vücudunun epiderma, tırnaklar, kıllar, saçlar ve dış genital organlar gibi değişik dış kısımlarına, dişlere ve ağız mukozasına uygulanmak üzere hazırlanmış, tek veya temel amacı bu kısımları temizlemek, koku vermek, görünümü değiştirmek, güzel koku vermek, vücut kokularını düzeltmek ve korumak için bütün preparatları inceleyen bilim dalıdır. Kozmesötik ise yarı ilaç mahiyetinde olup; kozmetik ile ilaç arasında yer alan bir kavramdır. İlaç Kozmesötik Kozmetik Kozmetikte ürünler iki şekilde sınıflandırılır: -Uygulanış yerlerine göre -Temel etki alanlarına göre. Kozmetikte kremler UYGULANIŞ YERLERİNE GÖRE kategorisinde yer alır (18). Kremler; hiçbir sorunu olmasa bile cildin var olan dengesini korumak ve dış etkilerin neden olacağı hasarı önlemek için kullanılması gereken cilt bakım ürünleridir. Pazar incelemeleri, kadınların %90 ınının ciltleri kuru olmasından yakındığını göstermektedir. Sağlıklı bir cildin esnek ve yumuşak olmasına karşın, kuru cilt sert ve pütürlü özelliktedir.yumuşatıcı maddeler (emoliyanlar) ayrılan tabakaların arasını doldurarak, cilde kaygan ve pürüzsüz bir görüntü kazandırırlar (73). Deriyi esnek ve yumuşak durumda tutan yapı temelde sudur. Derinin su tutma veya bağlama kapasitesi kişiden kişiye değişmekte, suyun dışarıdan deriye difüzyonu veya derinin alt tabakalarında üst tabakalara doğru difüzyonu da farklılık göstermektedir. Su sağlıklı bir deriden 0,2-1 mg /cm² / saat hızla buharlaşmaktadır. Canlı epidermisten Stratum Corneum a suyun difüzlenme hızı kuru cildin tekrar esnek ve yumuşak haline gelebilmesi için yeterli olmamaktadır. Dışarıdan nem takviyesi, suyun Stratum Corneum da kalması sağlanmadığı sürece, buharlaşma nedeni ile pek etkili olmamaktadır. Deriden suyun uzaklaşmasını engelleyen Stratum Corneum hücreleri arasında bulunan epidermal lipitlerdir. (73).
10 2 Deri yüzeyindeki yağ karışımı, epidermal lipitlerle birlikte yağ bezlerinden salınan sebumu da içermektedir. Yapılan çalışmalar kuru deri belirtilerinin oluşmasında sebum üreten yağ bezlerinin çalışma hızını sebum miktarının etkili olmadığını göstermiştir. Kozmetik açıdan bakıldığında kuru derinin en önemli nedeni epidermal lipitlerin azalmasıdır. Bunlar, deriden suyun buharlaşmasını engelleyen ve suyun deride tutulmasını sağlayan yapılardır (73,74,75, 76). Şekil 1 : İnsan cildinin yapısı (73) Kremlerin tarihçesi Arkeolojik bulgular, tarih öncesi insanların pigmentleri nasıl hazırlıyacaklarını ve bulacaklarını, ayrıca bunları yağlı maddeler ile karıştırarak mağara duvarlarını boyamak ve vücudu süslemek için kullanılabilen kimyasal karışımları üretmeyi bildiklerini göstermektedir. O dönemde vücudu boyama hem bir çeşit süslenme hem de sihirlerden korunma şekli idi. Tarih öncesi pigmentlerin analizi 17 farklı rengin kullanılmış olduğunu göstermektedir. En çok kullanılanlar beyaz kurşun, tebeşir veya jips denen bir maddeden elde edilen beyaz; taş kömürü veya kömürü veya mangandan elde edilen siyah, kırmızı, turuncu ve yeşil olmuştur (70).
11 3 Kozmetikte kremlerin Asya'da başladığı kuvvetli bir ihtimaldir. Vücuda gösterilen büyük özene alışık ve görevleri kocalarına cezbedici görünmek olan Hindu kadınlar için kozmetik ürünler ve parfümler gereklilik arz etmiştir. Meşhur Hindu makalelerinde kadınlara dövme, dişleri, giysileri, saçı, tırnakları ve vücudu renklendirme sanatını öğrenmeleri tavsiye edilir. Şu an bile bir çok Hindu kadını kozmetikleri hala eski yolla kullanır; göz kapakları bazlı bir boya ile boyanır; yüz ve kolları safran tozu ile sarartılır ve ayak tabanları da kına ile kızıllaştırılır (70). Eski Mısırlılar, banyolarına çeşitli kokular koyar, bedenlerini kille temizlerlerdi. Banyodan çıkınca da ciltlerinin kuru kalmaması için, bedenlerine güzel kokulu yağlarla masaj yaparlardı. Zamanla bu gelenekler, eski Yunan Uygarlığı'na da yayıldı.mısırlılara kozmetik kavramını getiren M.Ö 14.yüzyılda yaşayan Mısır firavunu IV.Amenhotep in eşi Mısır kraliçesi Nefertiti olarak bilinmektedir. Yunanlılar zamanında Hipokrates ve arkadaşları dermatoloji üzerinde çalışarak perhizin, jimnastiğin, güneşin, banyoların, masajın sağlığa ve güzelliğe olan faydalarını belirterek kozmetikte kremlerin gelişmesinde etkili oldu. Galenus un M.S 'de Local Remedies isimli kitabı ilk kozmetik ve kremlerin kitabı olarak düşünülebilir (70). Britanya'nın ilk sakinlerinin ham kozmetikleri ve kremleri kullanmaktan çok zevk aldığı sanılmaktadır. Yeni ve daha etkili kozmetik ürünlerine duyulan istek geliştikçe kullanılan tehlikeli yada öldürücü malzemelerin sayısında bir artma olmuştur. Fucus kırmızısı, dudak boyası olarak kullanılmış olup, gerçekte kırmızı civa sülfürü idi; vitriol yağı ( sülfürik asit ) saçları ağartmak için kullanılabilirdi. Kozmetik kullanımındaki sıçrama 18.yüzyıl Avrupa'sında özellikle de her iki cinsin tamamen yapay bir görünüme ulaşmaya çalıştıkları İngiltere ve Fransa'da meydana gelmiştir. 1880'lere doğru teknolojideki ve bilhassa yayıncılıktaki gelişmeler ve reklamın keşfi ile kozmetik tarihinde yeni bir devir açılmıştır (70).
12 4 1.2.Gümüş ve nano gümüş Gümüş ve özellikleri Gümüş, elementlerin periyodik tablosunda simgesi Ag olan, beyaz, parlak, değerli bir metalik elementtir. Atom numarası 47, atom ağırlığı 107,87 gramdır. Ergime noktası 961,9 C, kaynama noktası 1950 C ve özgül ağırlığı da 10,5 g/cm³'tür. Çoğu bileşiklerinde +1 değerliklidir. Gümüş, ışığı çok iyi yansıtan, dövülebilen, esnek bir metaldir. Bir gram gümüşten 2 km uzunluğunda ince tel çekilebilir. Elektrik sistemde küp ve altıgen olarak kristallenir. Atmosferde oksitlenmeye karşı büyük bir mukavemet gösterir. Bakırdan daha zor, altından ise daha kolay oksitlenir. Asitlere ve birkaç organik maddeye karşı dayanıklıdır. Fakat nitrik asit ve derişik sıcak sülfürik asitte kolayca eritilir. Ayrıca kükürt ve birçok kükürt bileşikleriyle hemen birleşir. Gümüş eşya üzerindeki kararmanın sebebi, havadaki hidrojen sülfür ve yumurta gibi bazı yiyeceklerde bulunan kükürttür. Periyodik tabloda ağır metaller grubu içinde yer alan gümüşün, çoğu özellikleri bakırın özelliklerine benzemekle beraber bakır, çoğu bileşiklerinde iki değerlikli olması ile gümüşten farklıdır (70) Gümüşün tarihçesi Gümüş çok eski zamanlardan beri bilinmekle birlikte yine de altın ve bakırdan sonra keşfedilmiştir. Altın az olmasına rağmen, dünyanın her yanına yayılması sebebiyle daha önce kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca tabii halde gümüş az olup, çok derinlerde bulunmuştur. Gümüşün M.Ö.3100 yıllarında Misirlılar ve M.Ö.2500yıllarında Çinliler ve Pers ler tarafından kullanıldığı belirtilmiştir. Yunan tarihinde Roma İmparatorluğu döneminde Atina'da gümüş madenlerine rastlanmıştır. M.Ö. 800 yıllarına doğru gümüş, Nil nehri havalisinde para olarak kullanılmaya başlanmıştır. Gümüşü ilk olarak Romalıların işlemeye başladıkları iddia edilmektedir. Endüstri ilerledikçe daha karışık ve saf olmayan gümüş filizleri üzerinde de çalışılmaya başlandı.
13 5 Norveç te, GüneyPeru da, Colorado da kazılarda işlenmiş büyük külçeler bulunmuştur. İspanya da 1860 ta sekiz tonluk bir külçe çıkartılmıştır. Bugün gümüş büyük bir nispette bakır, kurşun ve çinko üretiminde yan ürün olarak elde edilir. Gümüşün simyacılar tarafından kullanılan sembolü şekil 2 de verilmiştir. En çok rastlanan gümüş filizleri; +argentit(ag 2 S) +gümüş klorür (AgCl) olmaktadır. Arsenik veya antimonla karışmış sülfür filizleri de vardır (70). Şekil 2: Simyacıların Gümüş için kullandıkları Sembol (76) Gümüşün alaşımları Saf gümüş kolay paslanmaz. Elektrik ve ısıyı çok iyi iletir. Çok yumuşak olup meka- nik kuvvete karşı direnci azdır.uzun müddet sonra atmosferde parlaklığını kaybederek donuklaşır. Bu sebepten daha sert diğer metallerle alaşımları halinde kullanılır. Gümüşün kadmiyum ve çinko ile yaptığı alaşımlar, parlaklığını çok daha yavaş kaybeder. Antimon ve kalay da ilave edilirse, bu parlaklık ve dayanıklılık daha da artar. Gümüşün diğer metallerle yapmış olduğu daha birçok alaşımları vardır. Bunlar endüstride saf gümüşten çok daha fazla kullanılır, çok pahalı olması bunun en büyük nedenlerindendir (70).
14 Gümüşün bileşikleri Gümüş, bileşiklerinde ekseriyetle bir (+1) değerlidir. Bilinen pek çok bileşiğinden önemlileri şunlardır. Gümüş oksit (Ag 2 O): Gümüş nitrat çözeltisi, sodyum veya potasyum hidroksit ile muamele edilirse, kahverengi bir Ag 2 O çökeleği meydana gelir.dayanıklı değildir. 300 C nin üzerinde ısıtılırsa, tamamen gümüşe dönüşür. Gümüş sülfür (Ag 2 S): Doğada argentit minerali halinde bulunur. Gümüş tuzunun çözeltisi üzerinden hidrojen sülfür geçirmekle elde edilen kararlı bir bileşiktir. Gümüş nitrat (AgNO 3 ): En önemli gümüş tuzudur. Renksiz kristaller teşkil eder. Siğil tedavisinde çok iyidir. Ayrıca deriyi ve organik maddeleri karartmada tercih e- dilir. Deriyi kararttığından "cehennem taşı" ismini almıştır. Suda ve alkolde kolayca çözündüğünden, bir çok gümüş bileşiklerinin elde edilmesinde ham madde olarak kullanılır. En çok kullanıldığı yerler; başta fotoğrafçılık olmak üzere, mürekkepler, saç boyası yapımı ve gümüş kaplamacılığıdır. Gümüş siyanür (AgCN): Gümüş tuzuna sodyum veya potasyum siyanürün ilave e- dilmesiyle meydana gelen zehirli beyaz bir tuzdur. Bu tuzlar da kaplamacılıkta önem- lidir. Gümüş halojenürler : Gümüş klorür (AgCl), gümüş bromür (AgBr), gümüş iyodür (AgI) gümüş nitrat çözeltisine halojen tuzları ilavesiyle elde edilirler. Hepsi de ışığa karşı hassas olup, fotoğrafçılık endüstrisinde önemli yerleri vardır (70).
15 Gümüşün üretimi: Gümüş, tarihte çeşitli yöntemlerle cevherlerinden ayrılmıştır. En eski metodlardan biri, kurşunla karıştırma yöntemidir. Bu yöntemde gümüş cevherleri veya saf olmayan gümüş ürünleri kurşun veya kurşun filizleriyle basit bir fırında eritilir ve gümüş-kurşun karışımı elde edilir. Buradan da kolay bir şekilde saf gümüş kazanılır. Diğer bir yöntem de, amalgama metodudur. Çamur haline getirilen gümüş cevherleri, tuz ve civayla muamele edilerek, elementel gümüş elde edilir. Bundan başka, siyanat yöntemi gibi başka gümüş elde etme yöntemleri de geliştirilmiştir (70) Nano gümüş Nedir? Latincede cüce anlamına gelen nano kelimesi teknik olarak herhangi bir fiziksel büyüklüğün milyarda biri demektir. birini ifade eder (27). Nanoteknoloji milimetrenin milyarda Şekil 3 : Doğadaki Nanometrik Ölçütler (5).
16 8 Bilimsel ve teknolojik gelişmeler nanoteknolojiyi daha tutarlı hale getirmiştir. Bunlar: - Nano ölçekli yapıtaşlarına müdahale edilmesine ve boyut kontrolüne izin veren yeni ve gelişmiş sentez metotları - Nano boyutta çalışmak için geliştirilmiş, yeni karakterizasyon araçları -Nano yapı ve özellikler arasındaki ilişki ile bunların nasıl tasarlanabileceğinin daha iyi anlaşılması Materyallerin performansı, özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler sırayla sentez prosesinin kinetiği ve termodinamiği tarafından kontrol edilen atomik yapıya, bileşime, mikro yapıya ve arayüze bağlıdır. Günümüzde gelişmiş materyallerin atomik veya moleküler ölçekten makroskobik ölçeğe sentez prosesi atomların ve moleküllerin düzenli, oluşumunu ön plana çıkarmaktadır. Genellikle nm arasındaki fiziksel boyut, yüzey ve arayüzey ile karakterize edilen nano yapılı materyaller; bilinen materyaller ile karşılaştırıldığında ispat edilmiş veya ümit edilen eşsiz özelliklerinden dolayı çok fazla ilgi çekmektedir. Nano yapılı materyaller tepeden aşağı yaklaşımı ile makro ölçekten nano ölçeğe doğru iri taneli materyallerin aşındırılması ile veya tam zıttı şekilde dipten yukarı yaklaşımı ile atomların veya parçacıkların bir araya gelmesi ile oluşturulabilir. Nano ölçekten makro ölçeğe atomların düzenlemesinin kontrolü materyalin kimyasal karakteri ile doğrudan orantılıdır. Bu yüzden nano yapılı materyallerin kimyasal sentez ve prosesine yönelik ilginin her geçen gün artması şaşırtıcı değildir. Materyal sentezi için kimyasal reaksiyonlar katı, sıvı ve gaz halde gerçekleştirilebilir. En bilinen katı hal sentezi; katı çıkış maddesinin ( prekursör ) öğütülüp karıştırılarak yüzey temas alanının büyütülmesi ile başlar ve sonra bu karışıma yüksek sıcaklıkta uygulanan ısıl işlemler atom veya iyonların difüzyonu kolaylaştırılır. Atomların difüzyonu reaksiyon sıcaklığına ve tane sınırı temasına bağlıdır. Tane sınırları arasındaki geçiş ortamda bulunan safsızlıklardan ve hatalardan etkilenmektedir (11). Karıştırma ve öğütme basamakları ısıtma döngüsü boyunca tekrar edilir ve genelde nano ölçekteki materyallerin karıştırılmasında ve ayrıca ileri reaksiyonlar için yeni yüzeylerin hazırlanması birçok çaba gerektirmektedir. Tanecik gelişimini durduracak bir inhibitör kullanılmayan sistemlerde genellikle büyük tanecik boyutuna sahip katılar elde edilmektedir (11).
17 9 Kimya atomların ve moleküllerin düzenlemesi üzerine kurulmuştur ve doğrusu nano yapıları da içeren materyallerin sentezinde oldukça uzun bir tarihe sahiptir. Kolloidler ve katalizörler bazı örneklerdir. Nano bilimin bugünkü popülaritesi, kullanılan bir çok eski kimyasal metodun yeniden canlanmasına sebep olmakla kalmamış aynı zamanda nano yapılı materyallerin sentezi için yeni ve modifiye kimyasal metotların devamlı olarak gelişmesine yol açmıştır. Nano yapılı materyallerin kimyasal sentezlerinin ve proseslerin kapsamı çok geniş olup elektronik, manyetik, biyolojik, katalitik ve biyomedikal materyaller v.s. gibi birçok uygulama alanına sahiptir (11). Bir çözelti içinde partikül sentezi, kararlı çekirdek oluşumu ve sonrasında partikül büyümesi ile gelişen bir kimyasal reaksiyon ile meydana gelmektedir. Bu olaylar serisini açıklamak için genelde çöktürme terimi kullanılmaktadır. Çözeltilerde katıların çöktürülmesi çok fazla çalışılmış bir konudur. Elementel veya çok bileşenli partiküller çöktürülebilir. Çok bileşenli bir materyal istenildiğinde, ürünün kimyasal homojenliğini elde etmek için birlikte çöktürme koşullarının kontrolünde özel dikkat gerekmektedir. Bunun sebebi; değişik iyonların genelde farklı ph ve sıcaklık koşullarında çöktürülmesi ve ürünlerin farklı çözünürlük sabitlerine sahip olmasıdır (11). Reaktanları içeren çözeltilere indirgeme veya yükseltgeme ajanları gibi reaktiflerin ilavesi üzerine kimyasal reaksiyonlar meydana gelir ve çözelti ürün ile fazla doymuş olur. Bu doygunluk hali kimyasal sistemi minimum serbest enerji düzeninden sapmaya götürür. Sistemin termodinamik denge durumu, ürününün çekirdeğinin kondenzasyonu ile yeniden sağlanır. Bu sırada iki tip çekirdeklenme meydana gelebilir. Homojen çekirdeklenme işlemi çekirdeklenme yardımcısı olarak hiçbir yabancı türü içermez. Diğer yandan heterojen çekirdeklenme yabancı türler üzerinde çekirdeklenme ile gelişen bir mekanizmaya sahiptir. Bu homojen ve heterojen çekirdeklenmenin çözelti ortamında oluşumu Şekil 5 de verilmiştir. Büyüme sürecinde sistemin termodinamiği kadar kinetik faktörlerde ön plana çıkmaktadır. Partikül büyümesinde reaksiyon hızı, reaktanların geçiş hızı, maddenin çözeltiden uygun şekilde uzaklaştırılması ve maddenin tekrar dağılımı gibi kinetik faktörler termodinamik etkilerle yarışmaktadır (11). Reaksiyon ve geçiş hızı; reaktanların konsantrasyonundan, sıcaklıktan, ph tan, çözeltiye eklenen reaktiflerin düzenlenmesinden ve karıştırmadan etkilenmektedir. Partiküllerin yapısı ve kristalinitesi reaksiyon hızı ve safsızlıklardan etkilenebilir.
18 10 Doygunluk, çekirdeklenme ve büyüme hızı, kolloidal kararlılık, tekrar kristallenme ve bekleme süreci gibi faktörler partiküllerin morfolojisini etkilemektedir. Genelde, aşırı doygunluk çökeltilerin morfolojisi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Düşük doygunlukta partiküller küçük, sık, iyi biçimlenmiştir ve partikül şekli kristal yapısına ve yüzey enerjisine bağlıdır. Yüksek doygunluk seviyelerinde büyük ve dallanmış partiküller oluşur. Daha fazla doygulukta ise daha küçük fakat sıkıştırılmış, topaklanmış (aglomera) partiküller oluşur. Partiküller küçükken çözeltideki büyüme ara yüzey kontrollüdür; kritik boyuta ulaşıldıktan sonra difüzyon kontrollü hale gelir (11). Şekil 5: Çekirdeklenmenin oluşumu (11). Aynı yükü taşıyan iki partikül arasında elektrostatik itme meydana gelir. Van der Waals çekim kuvvetleri uzaklığın tersi ile orantılıdır. Süspansiyon içindeki partiküllerin net çekme veya itme kuvvetleri elektrostatik itme ve Van der Waals çekim kuvvetlerinin toplamıdır. Uygun bir çözücüde partiküllerin çevresinde elektriksel çift tabaka oluşur. Partiküllerin kararlı bir şekilde ayrı kalmasını sağlayan yeterli uzaklık sadece yüklere bağlı olmayıp bundan başka çift tabakanın difüze bölgesindeki diğer iyonların konsantrasyonuna da bağlıdır. Difüze tabakada yeterli sayıda iyon veya çok yüklü iyonlar olduğunda yük itmesi nötrallenecektir. Çift tabakayı daraltmak partiküllerin birleşmesine ve kümelenmeye yol açar (11).
19 11 Van der Waals çekim kuvvetlerinin ve sistemin toplam yüzey veya arayüzey enerjisini küçültme eğiliminin sonucu olarak, nano yapılı partiküller geniş yüzey alanına sahiptir ve genelde kümeler oluştururlar. Koagülasyon, sık ve sağlam kümelerin oluşumuna yol açmakta ve flokülasyon ise gevşek partikül ağının oluşmasına sebep olmaktadır. Partiküllerin kümelenmesi sentez, kurutma, boşaltma ve işleme aşamalarından herhangi birinde meydana gelebilir. Dispers partiküllerin veya kararlı dispersiyonların gerekli olduğu birçok işleme ve uygulamalarda, sentez ve işlemenin her bir basamağında istenmeyen kümelenme engellenmelidir. Aglomera olmayan partikülleri üretmek veya üretilmiş aglomera ince partikülleri dağıtmak için kimyasal sentez boyunca dispersiyonun kontrolünü sağlayan yüzey aktif maddeler kullanılabilir. (Şekil 6). Şekil 6: Partikül sentezinin şematik gösterimi (11).
20 12 Nano materyaller moleküler faz ile yoğunlaştırılmış faz arasında bir köprü kurmaktadır. Bu nedenle optik özellikleri, manyetik özellikleri, erime noktaları ve kristal morfolojileri gibi bir takım özellikler çok değişkenlik gösterebilir. Yeni buluşlar ve uygulamalar oldukça yüksek düzeydedir. Nano kristal yapıların boyutunu anlamak için dünyada bulunan diğer küçük şeylerle kıyaslamak mümkündür. Şekil 7 de virüs, bakteri, nano kristal ve fuleren molekülleri karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Şekil 7: Nano kristallerin bakteri, virüs ve moleküllerle boyut karşılaştırması (11). Normal sıcaklık ve basınçlarda katı olan binlerce madde; metaller, seramikler, yarı iletkenler, kompozitler ve polimerler olarak alt bölümlere ayrılabilir. İlave olarak biyomateryaller, katalitik materyaller, kaplamalar, camlar, manyetik ve elektronik materyaller şeklinde bir sınıflandırma da mümkündür.
21 13 Materyaller Boyut (yaklaşık) Örnekler Nano kristaller ve demetler (kuantum noktalar) 1 10 nm Metaller, yarı iletkenler, manyetik materyaller Diğer nano partiküller nm Seramik oksitler Nanoteller nm Metaller, yarı iletkenler, oksitler, sülfitler, nitritler Nanotüpler nm Karbon, tabakalı metal kalkojenitler Nano gözenekli katılar 0,5 10 nm (gözenek yarıçapı) Zeolitler, fosfatlar 2-Boyutlu nano partiküller Birkaç nm 2 -μm 2 Metaller, yarı iletkenler, manyetik materyaller Yüzeyler ve ince filmler 3-Boyutlu yapılar nm (kalınlık) Üç boyutta birkaç nm Çeşitli materyaller Metaller, yarı iletkenler, manyetik materyaller Tablo 1: Nano yapıları içeren bazı materyaller (11). Nano yapılı materyaller geliştikçe bu alanda birçok isim ve tanımlama kullanılmaktadır. Önemli bazı kesin tanımlamalar aşağıda ifade edilmiştir. Nanodemet (Cluster): Elliden fazla birimin (atom veya reaktif molekül) bir araya gelmesiyle oluşur. Demeti oluşturan bileşikler veya moleküler türlerin (kararlı, çözünebilir, izole edilebilir) izolasyonuna izin veren bir ligantla çevrilidir. Metal nanokristallerden meydana gelen demetler ve bu demetlerden meydana gelen süper demetler Şekil 8 de gösterilmektedir. Kolloid: Sıvı faz içinde asılı duran partiküllerin konumunu kararlılıkla sürdürebildiği katı-sıvı karışımların genel adıdır. Kolloidal bir partikül nm arasında boyuta sahiptir (11).
22 14 Şekil 8: Metal nano demetler ve süper demetlerin oluşumunun şematik gösterimi (11). Nanopartikül: Kristal olmayan, tek kristalli veya kristal agregatlardan oluşan nm aralığındaki katı partiküllerdir. Nano kristal: Nanometre boyutunda tek kristalli katı partiküller. Nano yapılı veya nano ölçekli materyaller: Nanometrik yönlenmeye sahip herhangi bir materyaldir; partiküller 3 boyutlu, ince filmler 2 boyutlu ve ince teller 1 boyutlu yapıdadır. Nano faz materyaller: Nano yapılı materyallerle aynı anlamı taşır. Kuantum nokta: Boyutu belirleme etkisine sahip en az bir boyutlu partiküllerdir Metalik nano partiküllerin çözelti ortamında sentezi için çok sayıda yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemlerden en çok kullanılanlar alkolik indirgeme, poliol, sol-jel, mikro emülsiyon v.s. gibi kimyasal yöntemlerdir. Bu çalışmaların çoğu elde edilen gümüş nano partiküllerin belirli bir büyüklüğe ve şekle sahip olmalarını hedeflemektedirler (11). Alkolik indirgeme metodunda alkollerin -OH gruplarından yararlanarak metal iyonları metalik iyonlarınlara indirgenmekte ve ayrıca ortama eklenen yüzey aktif madde ile kararlı dispersiyon sağlanmaktadır. Alkoller yerine polifenoller de kullanılabilir. Dallanmış polifenollerdeki OH grupları, Ag+ iyonlarını metalik gümüşe indirgerken makromolekül yapısından dolayı eş zamanlı olarak yüzey aktif madde görevi görür(26). Poliol metodu ise susuz tekniklerdendir ve polivinilpirolidon (PVP), polivinilalkol (PVA) gibi çözücüler kullanılmaktadır. Poliol metotunda ise hem polifenollerin hem de AgNO ın sulu çözeltileri kullanılmıştır (11). 3
23 15 Nano Gümüş ün amacı her yapının ve etkinin atomik düzeyde bir duyarlılıkla kontrol edilmesidir. Arabalardan ev aletlerine, makinelerden kremlere, tekstil sanayisinden hesap makinelerine, dokumacılıktan süper bilgisayarlara kadar sayısız bir çok sahada kullanılmaktadır. Nano gümüş ise gümüş elementini nanoteknoloji kavramında inceleyip gümüşü milimetrenin milyarda birine parçalayıp partikül haline getirme işlemidir. Birbirinden ayrılan atomik düzeydeki gümüşlerin bir araya gelip istiflenmeleri önlemeye çalıışılır (70).
24 Şekil 9: Nano Gümüş Partikülleri 16
25 17 Şekil 10 : Nano Gümüş partiküllerinin biosentez ve kimyasal sentez sonucu görünümü (4).
26 Şekil 11 : Farklı ebatlarda Nano Gümüş Partikülleri (3). 18
27 Nano gümüş partiküllerinin etkileri -Hücre zarından çabuk geçebilmesi. -Antibakteriyel, antivirüs, antifungal ve antimikrobik özellikleri nedeniyle sağlık için önemli olması. -Dokumacılıktan kremlere, halı sanayisinden koltuklara, ilaçlardan merhemlere kadar çeşitli kullanım alanlarının olması. -Tedavi edici olmasıdır. Şekil 12: Nano Gümüş ün kullanım alanları
28 Nano gümüş partiküllerinin hücre zarından geçebilmesi Nano Gümüş partikülleri ; karşılaştığı bakteri ve mikrobun hücre duvarını geçerek hücre zarındaki mikrop ve bakterinin DNA sını bozmaktadır. Böylece her 5saniyede bir çoğalan mikrop ve her 20 dakikada bir ikiye katlanabilen bakterilerin üremesini engellemektedir. Gümüşün ortaya çıkardığı elektronlar, hücre zarını yırtarak kumaş üzerinde mikro organizmaların DNA ve RNA sının kendilerini tekrarlayarak çoğalmaları özelliğini yok eder. Bakteri ve mantarlar zarları bölünerek çoğaldıkları için zarları yırtıldığında çoğalmaları engellenmiş olur. Böylece mikrobik aktiviteyi etkisiz hâle getirir. 1 saat içinde bütün bakteri ve mantarları %99,9 oranında öldürür. 500 den fazla bakteteri ve mantar çeşidine karşı etkilidir (4). Şekil 13 : Nano Gümüş partiküllerinin hücre zarından geçmesi (4).
29 Antibakteriyel, antifungal ve antimikrobiyal Özellikler Gümüş bakterilerin bağışıklık kazanmasına izin vermez. Bakterilerin yaşamlarını sürdürebilmeleri için sıcaklık, nem ve bu şartları hazırlayan yüzeylere ihtiyacı vardır. Bu nedenle çoraplar bakteriler için ideal bir ortam oluşturur. Gümüş bu mikroorganizmaları uzaklaştırarak koloniler meydana getirmelerini engeller. Gümüş amonyağı ve doğallığı bozulmuş (denatüre) proteinleri nötralize ederek antiteriyel etki sağlar. Nano gümüş içerikli çoraplarının antibakteriyel, antimikrobiyal etki gösterdiği aynı zamanda ayak mantarının oluşmasına engel olduğu, oluşan ayak mantarının iyileşmesinde önemli etkisi olduğu bilimsel olarak kanıtlanmıştır. Gün boyu vücudumuzun yükünü taşıyan ayaklarımız çeşitli nedenlerle terler ve koku yapan bakterilerin çoğalması için uygun ortamı oluşturur. Nano saf Gümüş iplik ve doğal liflerden üretilmiş çoraplar ayağınızın hava almasını sağlayarak ayağınızın terlemesini engeller. Gümüş iplik ter ve ayak kokusu yapan bakterilerin üremesini ve çoğalmasını önler.gümüş, ter(amonyak) ve yapısı bozulmuş (denatüre) proteinleri nötralize eder, bakterilerin birleşiminden meydana gelen koku moleküllerini antibakteriyel özelliğiyle ortadan kaldırır.
30 22 Şekil 14 : E.Coli Bakterilerinin Nano Gümüş Partikülleri bulunan ortamda öldüğü saptanmıştır (78). Şekil 15: Koli Basili bakterileri Nano Gümüş partikülleri varlığında etkisiz hale gelir. Mantar ve egzama rahatsızlığından en çok olumsuz etkilenen organlarımız ayaklarımızdır. Mantar ve egzama rahatsızlığının ortak yönleri deri hastalıkları olmasıdır. Bu iki önemli rahatsızlığının oluşmasına sebebiyet veren birçok faktör bulunmaktadır. Ayaklarımızda oluşan türlü bakteri ve enfeksiyonlara bağlı olarak hatsızlıklar gelişim göstermektedir. Bu özelliği nedeniyle nano gümüş partikülleri koruyucu elbiselerde, dişçilikte ve çeşitli sahalarda kullanılır.
31 23 Şekil 16: kullanlır. Antibakteriyel özelliği nedeniyle dişçilikte Gümüş kaplamacıkta Gümüşün antibakteriyel özelliği nedeniyle AgNO₃ çözeltileri dezenfekten olarak kullanılır. Dezenfeksiyon insanlarda hastalık yapma özelliği olan mikropları uzaklaştırma işlemidir. Dezenfeksiyon işleminde kullanılan ve genellikle kimyasal içerikli maddelere dezenfektan denir (48). İdeal bir dezenfektan; Geniş bir antimikrobiyal spektruma sahip, Organik maddelerden ve kullanılan diğer kimyasallardan etkilenmemesi Kullanıcıya zarar vermemeli, kokusuz, ekonomik olmalı Yüzeye uyum göstermeli, aşındırma ve bozulmaya neden olmamalı Uygulanan yüzeylerde kalıcı etkiye sahip olmalı, temizleyici özelliğe sahip olmalı Suda kolay çözünebilir olmalı Konsantre ve seyreltilmiş kullanımı dayanıklı olmalıdır (48).
Nano Kremlerin Üretimi
Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi / Karaelmas Science and Engineering Journal 4 (1), 52-57, 2014 Karaelmas Science and Engineering Journal Journal home page: http://fbd.beun.edu.tr Araştırma Makalesi