Sülfürik asitle katalizlenmiş poliakrilonitril nanoliflerin oksidatif stabilizasyonu ve elektrokimyasal sensör olarak kullanımı

Abstract

Elektro çekim metodu ile üretilmiş olan poliakrilonitril (PAN) nanolifleri farklı konsantrasyonlarda sulu sülfürik asit (H2SO4) çözeltileri (hacimce %1, 2, 5, 10, 15, 20 H2SO4/H2O) ile muamele edilmiş ve ardından nanolifler 100, 130, 160 ve 180oC'deki sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulmuştur. PAN nanoliflerin sülfürik asitle ön işlemi ile stabilizasyon sıcaklığının düşürülebileceği gözlemlenmiştir. Morfolojik analizlerin yanı sıra kimyasal ve termal analizlerde yapılmıştır. Nanolifler elektrokimyasal ölçümlerde kullanılmak üzere üretim esnasında silindirik kalem grafit (PGE) yüzeye sarılarak sülfürik asitle muamele ve termal işlemleri gerçekleştirilmiştir. Tek sarmal DNA molekülleri nanolif kaplı PGE yüzeylere immobilize edilip elektrokimyasal yöntemle DNA moleküllerindeki guanin bazının oksidasyonu incelenmiştir. Elde edilen sonuçlarda guanin oksidasyonu sinyalinin tespiti sülfürik asitle muamele edilen ve ardından fırınlanan numunelerde zorlaştığı görülmüştür. Sülfürik asitin, çalışılan fırınlama sıcaklıklarında yüzeyden tamamen buharlaşarak uzaklaşamaması DNA moleküllerinin elektrot yüzeyine tutunmasını zorlaştırdığından guanin oksidasyon sinyalinin tespitine engel olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca sülfürik asit elektro çekim çözeltisi olan PAN/DMF içerisine belirli oranlarda katılarak nanolifler hem direk hem de silindirik grafit yüzeye sarılarak üretilmiş ve 180 oC de bir saat fırınlanmıştır. Guanin sinyal oksidasyonu bu numuneler için de incelenmiştir. Çözelti içerisindeki sülfürik asit miktarı artışı ile elde edilen sinyalin şiddeti önce artış sonra azalış gözlenmiştir. Sülfürik asit'in elektro çekim PAN/DMF çözeltisine katılması ile üretilen nanolifler ve PAN/DMF çözeltisinden elde edilen PAN nanoliflerin sülfürik asit ile işlem görmesi kıyaslandığında sülfürk asit'in çözeltiye katılması ile elde edilen nanoliflerin ısıl işlemi ve elde edilen nanoliflerin DNA oksidasyonunun elektrokimyasal ölçümlerle incelenmesinde daha etkin olduğu sonucuna varılmıştır.

Various concentration of sulfuric acid (1, 2, 5, 10, 15, 20 % (v/v) respect to water) treated as-spun PAN nanofibers are heat treated at 100, 130, 160 and 180 oC. The results revealed that addition of sulfuric acid could decrease the stabilization temperature at lower values. Beside the morphological investigations, chemical and thermal characterizations were conducted. Nanofibers were also coated on the cylindrical graphite electrode then treated with aqueous sulfuric acid solutions and heat for electrochemical analysis. Single strand DNA (ssDNA) molecules were immobilized on the heat treated electrodes and electrochemical meausrements were applied by investigating guanine oxidation signal on immobilized ssDNA molecules. It was observed that guanine oxidation sensation was decreased and finally diminished with sulfuric acid treatment and a following heat treated samples. Because sulfuric acid did not evaporate significantly at the examined temperatures and the residual sulfuric acid on the electrode surfaces did not allow the attachment of the DNA molecules properly on the surface and hence guanine oxidation signal was not perceived appropriately by the electrodes. Additionally, sulfuric acid was added into PAN/DMF electrospining solutions with a appriate rates. As-spun nanofibers were obtained both directly and collecting on the cylindrical graphite surfaces then heat treated at 180 oC for 1 hour. Guaninine oxidaiton signal was also obserced by using these samples. Signal intensity first increased and decreased again by increasing sulfuric acit content. Heat treatment and electrochemical DNA biosesnors results revealed that the nanofibers produced by the addition of sulfuric acid to the electrospinning PAN/DMF solution is more effective compared to the PAN nanofibers obtained from PAN/DMF solution a following with sulfuric acid treatment.