Development of polymer coated nanoparticles and polymer bridged magnetic luminescent hybrids

Abstract

Nanoparçacıklar (NP) son birkaç on yılda sahip oldukları eşsiz özellikler nedeniyle hem endüstriyel hem de akademik araştırmaların odağında yer almışlardır. Kuantum noktacıkları ve süperparamanyetik demir oksit nanoparçacıkları çok çeşitli sahalarda çalışılmıştır. Özellikle sensör, medikal görüntüleme, güneş pilleri gibi uygulama sahalarında farklı nanoparçacıklardan oluşan hibrid malzemeler ilgi çekmeye başlamıştır. Nanoparçacıkların sentezi ve özelliklerini kontrol etmedeki başarı son yıllarda birden çok fonksiyonu bir arada taşıyan hibrid nanoparçacıklara heves ve ihtiyacı kamçılamıştır. Bu tür hybrid parçacıklar pek çok sahada ama öncelikle sensör, biyoteknoloji, tıp ve enerji sahasında ilgi çekmektedirKuantum noktacıkları (KN) büyüklüğe bağlı optik özellikleri ve uzun ışıma süreleri, süperparamanyetik demir oksitler (SDO) ise biyouyumluluğu ve manyetik sahaya yanıt vermeleri nedeniyle nano-biyoteknoloji sahasında en çok çalışılan nanoparçacıklar olmuşlardır. Bu iki parçacığın bir arada bulunduğu hibrid yapılar pek çok uygulama alanı için önemlidir ama özellikle sensör ve etiketleme sahasında çokluk, medikal sahada ikili görüntüleme ve görüntüleme-terapi, yönlendirme-görüntüleme gibi kombine aksiyonları bir arada yapabilme olanaklarını sağlayacak çok kıymetli ve ilgi çekici malzemelerdir.Bu hibrid nanoparçacıkların sentezinde yeni bir yaklaşım geliştirildi ve CdS ve SDO nanoparçacıkları blok polimerler vasıtasıyla bir araya getirildi. İlk olarak, PS-b-PHEMA ve PS-b-PDMAEMA polimerleri ,yüzeyinden kontrollü polimerleşme (ATRP) metoduyla SDO yüzeyinden büyütüldüler.İkinci olarak, CdS kuantum noktacıkları, daha sonra iki nanoparçacığı bağlayacak köprü görevini görecek PDMAEMA varlığında sentezlendiler. Literatürde ilk defa, PDMAEMA kaplı CdS nanoparçacıklarının sentezi ve sensör özellikleri detaylı bir şekilde incelendi. Çalışmanın bu kısmı sadece hedeflenen hibrid yapısına ulaşmakta önemli bir adım olmakla kalmayıp, başlı başına ayrı bir araştırma konusu niteliğindedir.Son olarak, amfifilik blok kopolimerlerle bağlanmış ışıyan/manyetik hibrid nanoparçacıkların ilk örneği sentezlenmiştir.Nihai yapının karakterizasyonu halen devam etmektedir.Akıllı ışıyan/manytik hibrid yapıların geliştirilmesi, çifte algılama ve ayırmanın çoklayıcı ve birleştirici avantajları sayesinde, biyolojik etiketleme, tıbbi görüntüleme, algı ve ayırma alanlarında çokişlevli malzemeler için heyecan verici bir fırsat yaratmaktadır.

Nanoparticles have been a center of focus in both academic and industrial research due to their unique properties. In particular, quantum dots and superparamagnetic iron oxides have been studied extensively, as elements in a wide range of technologies. With the advances in control over synthesis and properties, a desire to incorporate multiple functions in a single hybrid nanoparticle has developed in the recent years. Hybrid nanoparticles created an excitement in areas such as sensors, biotechnology, medicine, solar cells.Quantum dots (QD) with size tunable properties and long luminescence lifetimes and superparamagnetic iron oxides (SPIO) with biocompatibility and response to magnetic field have been two of the most studied nanoparticles in the nano-biotechnology. Combining these two particles in a single entity would be extremely useful in a wide range of application, but mostly for the multiplicity in sensors, labeling and in medicine/biotechnology, where dual imaging and dual action of sensing and separation, imaging and therapy, labeling and delivery can be obtained.In realization of such hybrid nanoparticles, a novel approach was designed: Magnetic luminescent nanoparticles from CdS and SPIO were developed using block copolymers. First of all, surface initiated polymerization (ATRP) was performed and PS-b-PHEMA and PS-b-PDMAEMA were grown from the surface of SPIO.Secondly, CdS quantum dots were synthesized in the presence of the PDMAEMA that will be used to connect two nanoparticles. For the first time in literature, a detailed investigation was conducted on the synthesis and stimuli responsive behavior of PDMAEMA coated CdS nanoparticles. This part of study is not only a major step towards the synthesis of our final hybrid structure, but also an extensive subject of study in itself.Finally, first example of magnetic/luminescent nanoparticles connected via amphiphilic block copolymers was demonstrated. The full characterization of the final structure is still ongoing.Development of smart magnetic/luminescent hybrid structure creates an exciting opportunity for multifunctional materials that would impact the fields of biological labeling, medical imaging, sensing and separation with an advantage of multiplexing and combined action of dual sensing and separation.