tersġnġr katılma-ayrılma zġncġr transfer polġmerġzasyonu ġle
advertisement
TERSĠNĠR KATILMA-AYRILMA ZĠNCĠR TRANSFER POLĠMERĠZASYONU ĠLE SĠLĠKON DĠSK YÜZEYĠNE KOVALENT BAĞLI POLĠ[(AR-VĠNĠLBENZĠL)TRĠMETĠLAMONYUM KLORÜR] FIRÇA SENTEZĠ VE DNA ĠMMOBĠLĠZASYONUNDA KULLANIMI Serkan DEMĠRCĠ DOKTORA TEZĠ KĠMYA GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ HAZĠRAN 2011 ANKARA Serkan DEMĠRCĠ tarafından hazırlanan TERSĠNĠR KATILMA-AYRILMA ZĠNCĠR TRANSFER KOVALENT POLĠMERĠZASYONU BAĞLI ĠLE SĠLĠKON DĠSK YÜZEYĠNE POLĠ[(AR-VĠNĠLBENZĠL)TRĠMETĠLAMONYUM KLORÜR] FIRÇA SENTEZĠ VE DNA ĠMMOBĠLĠZASYONUNDA KULLANIMI adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARA Tez DanıĢmanı, Kimya A.B.D. Bu çalıĢma, jürimiz tarafından oy birliği ile Kimya Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiĢtir. Prof. Dr. Olgun GÜVEN Kimya A.B.D., Hacettepe Üniversitesi Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARA Kimya A.B.D., Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Senay TAġCIOĞLU Kimya A.B.D., Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Bekir SARI Kimya A.B.D., Gazi Üniversitesi Doç. Dr. Bülent DÜZ Kimya A.B.D., Hacettepe Üniversitesi Tarih:23/06/2011 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Doktora derecesini onamıĢtır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü TEZ BĠLDĠRĠMĠ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranıĢ ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalıĢmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Serkan DEMĠRCĠ iv TERSĠNĠR KATILMA-AYRILMA ZĠNCĠR TRANSFER POLĠMERĠZASYONU ĠLE SĠLĠKON DĠSK YÜZEYĠNE KOVALENT BAĞLI POLĠ[(AR-VĠNĠLBENZĠL)TRĠMETĠLAMONYUM KLORÜR] FIRÇA SENTEZĠ VE DNA ĠMMOBĠLĠZASYONUNDA KULLANIMI (Doktora Tezi) Serkan DEMĠRCĠ GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ Haziran 2011 ÖZET Bu çalıĢmada, silikon yüzeyler üzerinde tersinir katılma-ayrılma zincir transfer (RAFT) polimerizasyonu ile katyonik poli[(ar-vinilbenzil)trimetilamonyum klorür] (PVBTAC) fırçalar sentezlendi ve DNA immobilizasyonunda kullanıldı. RAFT ajanı olarak (4-siyanopentanoik asit)-4-ditiyobenzoat sentezlendi, 1H Nükleer manyetik rezonans ve Fourier transform infrared spektrokopisi (FTIR) ile karakterize edildi. 3-bromopropiltrimetoksilan ve allil amin molekülleri kullanılarak sırasıyla brom ve amin sonlu silikon yüzeyler hazırlandı. Bu yüzeylere RAFT ajanı veya baĢlatıcı molekülleri bağlanarak RAFT polimerizasyonu ile katyonik PVBTAC fırçalar sentezlendi. Hazırlanan fırçaların kimyasal bileĢimi ve diğer özellikleri X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi (XPS), FT-IR, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), elipsometri ve su temas açısı ölçümleri ile karakterize edildi. AFM görüntülerinden yüzeylerin oldukça homojen olduğu gözlendi. Dinamik su temas açısı ölçümleri ile bulunan histerizi değerlerinin artan polimerizasyon süresi ile azaldığı belirlendi. Yüzeylerin katyonik karakterinin pH artıĢı ile değiĢmediği bulundu. Çözelti içerisinde oluĢan serbest polimerlerin mol kütlesi jel geçirgenlik kromotografisi ile belirlendi. Elipsometrik kalınlık ve mol kütlesi değerleri kullanılarak bağlanma yoğunluğu ve yüzey deriĢimi gibi bağlanma parametreleri v hesaplandı. Hazırlanan bu katyonik fırçalar DNA immobilizasyonunda kullanıldı. DNA deriĢimi ve bekletme süresinin DNA immobilizasyonuna etkisi araĢtırıldı. Bu çalıĢmanın sonuçları, hazırlanan katyonik PVBTAC fırçaların DNA immobilizasyonunda kullanılma potansiyeline sahip olduğunu gösterdi. Bilim kodu Anahtar kelimeler Sayfa adedi Tez yöneticisi : 201.1.117 : Tersinir katılma-ayrılma zincir transfer polimerizasyonu, polimer fırçalar, klik reaksiyonu, DNA immobilizasyonu : 169 : Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARA vi SYNTHESIS OF POLY[(AR-VINYLBENZYL)TRIMETHYLAMMONIUM CHLORIDE] BRUSH COVALENTLY ATTACHED TO SILICON DISC SURFACE BY REVERSIBLE ADDITION-FRAGMENTATION CHAIN TRANSFER POLYMERIZATION AND ITS USE FOR DNA IMMOBILIZATION (Ph. D. Thesis) Serkan DEMĠRCĠ GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY June 2011 ABSTRACT In this study, cationic poly[(ar-vinylbenzyl)trimethylammonium chloride] (PVBTAC) brushes covalently attached to silicon wafer surface were synthesized via reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization technique and used for DNA immobilization. (4-cyanopentanoic acid)-4-dithiobenzoate was synthesized as RAFT agent and characterized by 1H Nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Bromine and amine terminated silicon surfaces were prepared by using 3bromopropyltrimethoxysilane and allylamine precursors, respectively. Then, RAFT agent or initiator was immobilized on these organic overlayers. Finally, cationic PVBTAC brushes were synthesized by RAFT polymerization. The chemical composition and other properties of the brushes were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), FT-IR, atomic force microscopy (AFM), ellipsometry and water contact-angle measurements. The surface morphologies observed by AFM indicated that the surfaces were extremely homogeneous. Hysteresis values of the surfaces determined by dynamic water contact angle measurements decreased with increasing polymerization time. The water contact angle titration of the surfaces indicated that cationic state of vii the surfaces did not change with increasing pH. The number average molecular weight of the free polymers formed in the solution was determined by gel permeation chromatography. Grafting parameters such as grafting density and surface coverage etc. values were calculated from the ellipsometric thickness and the number average molecular weight values. These cationic brushes were used for DNA immobilization. Effects of DNA concentration and incubation time on the DNA immobilization were investigated. The results of these studies showed that the cationic PVBTAC brushes can be potentially used in DNA immobilization. Science code Keywords Page number Adviser : 201.1.117 : Reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization, polymer brushes, click reaction, DNA immobilization : 169 : Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARA viii TEġEKKÜR ÇalıĢmalarım boyunca bana destek olan, engin bilgi ve tecrübelerini hiçbir zaman esirgemeyen ve kendisiyle çalıĢmaktan büyük onur duyduğum değerli hocam Prof. Dr. Tuncer ÇAYKARA’ya sonsuz teĢekkürlerimi sunarım. Tezimin Ģekillenmesinde destek ve yardımlarından dolayı tez izleme komitesi üyesi hocalarım, Prof. Dr. Senay TAġCIOĞLU ve Doç. Dr. Bülent DÜZ’e çok teĢekkür ederim. Hayattaki en büyük varlığım, sevgili eĢim Selin KINALI DEMĠRCĠ’ye sonsuz desteği, anlayıĢı ve sabrı için çok teĢekkür ederim. Bu tezin ortaya çıkmasında büyük destek veren, hiçbir zaman yalnız bırakmayan, anlayıĢ ve sabırlarıyla her zaman yanımda olan sevgili ailem; annem, babam ve kardeĢlerime sonsuz teĢekkürler. 107M790 nolu proje kapsamında çalıĢmalarımı destekleyen Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu (TÜBĠTAK)’na teĢekkürlerimi sunarım. ix ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖZET........................................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................................ vi TEġEKKÜR .............................................................................................................. viii ĠÇĠNDEKĠLER ........................................................................................................... ix ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ ....................................................................................... xiii ġEKĠLLERĠN LĠSTESĠ ............................................................................................ xiv SĠMGELER VE KISALTMALAR ........................................................................... xix 1. GĠRĠġ....................................................................................................................... 1 2. POLĠMER FIRÇALAR ........................................................................................... 6 2.1. Polimer Fırçaların Sentezi ................................................................................ 9 2.1.1. Fiziksel adsorpsiyon .................................................................................. 9 2.1.2. Kimyasal adsorpsiyon ............................................................................... 9 3. KONTROLLÜ/YAġAYAN RADĠKAL POLĠMERĠZASYONU ........................ 12 3.1. Azot Vasıtalı Polimerizasyon (NMP) ............................................................ 14 3.2. Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP) ......................................... 15 3.3. Tersinir Katılma-Ayrılma Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT) ............ 16 3.3.1. RAFT mekanizması................................................................................. 16 3.3.2. RAFT ajanı .............................................................................................. 19 3.3.3. RAFT’da kullanılan monomerler ............................................................ 22 3.3.4. RAFT polimerizasyonu koĢulları ............................................................ 22 3.3.5. RAFT polimerizasyonu ile yüzey modifikasyonu .................................. 23 4. KLĠK REAKSĠYONU .......................................................................................... 27 4.1. Klik Reaksiyonu Mekanizması ...................................................................... 28 x Sayfa 5. DEOKSĠRĠBONÜKLEĠK ASĠT (DNA) ............................................................... 31 5.1. DNA’nın Yapısı ............................................................................................. 32 5.2. DNA Ġmmobilizasyonu .................................................................................. 33 6. MATERYAL VE YÖNTEM ................................................................................ 35 6.1. Kullanılan Kimyasal Maddeler ...................................................................... 35 6.1.1. RAFT ajanının sentezinde kullanılan kimyasal maddeler....................... 35 6.1.2. Silisyum yüzeylerin temizlenmesinde kullanılan kimyasal maddeler .... 35 6.1.3. Silisyum yüzeyler üzerine tekli ve çoklu tabakaların hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddeler.................................................................. 36 6.2. RAFT Ajanı Sentezi ....................................................................................... 37 6.2.1. Ditiyobenzoik asit sentezi ....................................................................... 38 6.2.2. Di(tiyobenzoil) disülfit sentezi ................................................................ 38 6.2.3. CPADB sentezi ....................................................................................... 39 6.3. RAFT Ajanının Karakterizasyonu.................................................................. 39 6.4. Yüzeylerin Temizlenmesi .............................................................................. 39 6.4.1. Si-OH yüzeylerin hazırlanması ............................................................... 39 6.4.2. Si-H yüzeylerin hazırlanması .................................................................. 40 6.5. Silisyum Yüzeylere Organik Moleküllerin Bağlanması ................................ 40 6.5.1. 3-Bromopropiltrimetoksisilan (BPTS) molekülünün Si-OH yüzeyine bağlanması ............................................................................... 40 6.5.2. Allilamin molekülünün Si-H yüzeyine bağlanması ................................ 40 6.6. Polimer Fırça Sentezi ..................................................................................... 41 6.6.1. Klik ile PVBTAC fırça sentezi................................................................ 42 6.6.2. Yüzeyden aĢılama ile PVBTAC fırça sentezi ......................................... 43 6.6.3. Yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon ile PVBTAC fırça sentezi .............. 44 xi Sayfa 6.7. Yüzey Karakterizasyonu ................................................................................ 45 6.7.1. X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) .......................................... 45 6.7.2. Fourier transform infrared (FT-IR) spektrokopisi ................................... 45 6.7.3. Elipsometre.............................................................................................. 46 6.7.4. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ........................................................ 46 6.7.5. Statik ve dinamik su temas açısı ölçümleri ............................................. 46 6.8. Polimerlerin Mol Kütlesi Tayini .................................................................... 47 6.9. Hazırlanan Katyonik Polimer Fırçalara DNA Ġmmobilizasyonu ................... 48 7. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIġMA ........................................................ 49 7.1. RAFT Ajanının Sentezi ve Karakterizasyonu ................................................ 49 7.2. Organik Tek Tabakaların Hazırlanması ve Karakterizasyonu ....................... 52 7.2.1. t-Bütoksikarbonil korumalı allilamin molekülünün sentezi ve karakterizasyonu...................................................................................... 54 7.2.2. Organik tek tabakaların XPS ile karakterizasyonu ................................. 56 7.2.3. Organik tek tabakaların FT-IR ile karakterizasyonu ............................... 65 7.2.4. Organik tek tabakaların elipsometre ile karakterizasyonu ...................... 66 7.2.5. Organik tek tabakaların AFM ile karakterizasyonu ................................ 68 7.2.6. Organik tek tabakaların temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu ....... 70 7.2.7. Organik tek tabakaların kantitatif analizi ................................................ 73 7.3. RAFT Ajanı ve BaĢlatıcı Bağlı Yüzeylerin Hazırlanması ve Karakterizasyonu ............................................................................................ 74 7.3.1. Alkil sonlu CPADB’ın sentezi ve karakterizasyonu ............................... 76 7.3.2. 4-Siyano-4-((tiyobenzoil)sülfanil)pentanoiksüksinimit ester’in sentezi ve karakterizasyonu ..................................................................... 78 7.3.3. 4,4'-Azobis(4-siyanopentanoil klorür)’ün sentezi ve karakterizasyonu .. 80 xii Sayfa 7.3.4. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin XPS tekniği ile karakterizasyonu...................................................................................... 82 7.3.5. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin FT-IR ile karakterizasyonu.... 89 7.3.6. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin elipsometre tekniği ile karakterizasyonu...................................................................................... 91 7.3.7. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin AFM ile karakterizasyonu ..... 92 7.3.8. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu...................................................................................... 93 7.3.9. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin kantitatif analizi ..................... 95 7.4. Polimer Fırçaların Hazırlanması ve Karakterizasyonu .................................. 96 7.4.1. Polimer fırçaların XPS tekniği ile karakterizasyonu ............................... 99 7.4.2. Polimer fırçaların FT-IR ile karakterizasyonu ...................................... 110 7.4.3. Polimer fırçaların elipsometre tekniği ile karakterizasyonu ................. 114 7.4.4. Polimer fırçaların AFM ile karakterizasyonu........................................ 115 7.4.5. Polimer fırçaların temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu .............. 116 7.4.6. Polimerin mol kütlesi tayini .................................................................. 119 7.4.7. Polimer fırçaların kantitatif analizi ....................................................... 126 7.5. Polimer Fırçalara DNA Ġmmobilizasyonu ................................................... 129 7.5.1. DNA immobilizasyonuna DNA deriĢimi etkisi .................................... 130 7.5.2. DNA immobilizasyonuna bekletme süresi etkisi .................................. 138 8. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ............................................................................ 144 KAYNAKLAR ........................................................................................................ 147 ÖZGEÇMĠġ ............................................................................................................. 167 xiii ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ Çizelge Sayfa Çizelge 7.1. Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC, Si-NH3+ ve Si-NH2 yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri ................................................. 64 Çizelge 7.2. Si-Br, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıklar ................................................................................................ 67 Çizelge 7.3. Si-OH, Si-Br, Si-N3, Si-H, Si-NH-t-BOC, Si-NH3+ ve Si-NH2 yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri ................................................................................ 71 Çizelge 7.4. Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları ........................................................................ 74 Çizelge 7.5. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri ............................................ 88 Çizelge 7.6. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkları .......................................................................... 91 Çizelge 7.7. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri............ 94 Çizelge 7.8. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları ................................................................... 96 Çizelge 7.9. Farklı polimerizasyon sürelerinde Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri .............................................................. 108 Çizelge 7.10. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri ................................................................................... 117 Çizelge 7.11. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimerlerinin GPC verileri ................................................................... 125 Çizelge 7.12. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylere ait kantitatif analiz sonuçları ................................................................. 127 Çizelge 7.13. EL değerlerinin DNA deriĢimi ile değiĢimi ........................................ 134 xiv ġEKĠLLERĠN LĠSTESĠ ġekil Sayfa ġekil 2.1. Yüzeye bağlı polimer zincirlerin üç farklı konformasyonu (a) “mantar”, (b) “pan kek”, (c) “fırça” ....................................................... 6 ġekil 2.2. Yüzeye bağlı makromoleküller arası uzaklık ve jirasyon yarıçapına bağlı olarak polimer zincirlerinin konformasyonu ...................................... 7 ġekil 2.3. (a) Yüzeye aĢılama ve (b) yüzeyden aĢılama ile polimer fırça sentezi ...... 10 ġekil 3.1. CRP’nin sınıflandırılmasında kullanılan dört genel polimerizasyon mekanizması a) ATRP, b) NMP, c ve d) RAFT ........................................ 13 ġekil 3.2. NMP’nin genel reaksiyon mekanizması .................................................... 14 ġekil 3.3. ATRP’nin genel reaksiyon mekanizması .................................................. 15 ġekil 3.4. RAFT mekanizması ................................................................................... 17 ġekil 3.5. RAFT’ın genel reaksiyon mekanizması..................................................... 18 ġekil 3.6. RAFT ajanın genel yapısı .......................................................................... 20 ġekil 3.7. Tiyokarboniltiyo RAFT ajanlarının sınıflandırılması ................................ 20 ġekil 3.8. RAFT ajanı seçiminde R ve Z gruplarının etkisi. Z için, soldan sağa doğru katılma hızı azalırken, ayrılma hızı artar. R için, soldan sağa doğru, ayrılma hızı azalırken, katılma hızı artar (AM: akrilamit, AN: akrilonitril, MA: metil akrilat, NVP: n-vinilpirolidon, S: stiren, VAc: vinil asetat)........................................................................ 21 ġekil 3.9. Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyon için, R-grubu ve Z-grubu yöntemleri .................................................................................................. 25 ġekil 4.1. Huisgen 1-3 siklokatılma reaksiyonu ........................................................ 27 ġekil 4.2. Azit/alkil tipi klik reaksiyonu .................................................................... 28 ġekil 4.3. Klik reaksiyon mekanizması ...................................................................... 29 ġekil 5.1. Watson ve Crick’in önerdiği DNA ikili sarmal yapısı............................... 32 ġekil 6.1. Allilamin, propargil alkol, 3-bromopropil-triklorosilan, N-hidroksi süksinimit, N,N'-disikloheksilkarbodiimit, 4,4'-azobis(4-siyanopentan oik asit), di-ter-bütil dikarbonat ve (ar-vinilbenzil) trimetilamonyum klorür’ün molekül yapıları ......................................................................... 36 xv ġekil Sayfa ġekil 7.1. CPADB’nin sentezi.................................................................................... 50 ġekil 7.2. CPADB’nin 1H-NMR spektrumu .............................................................. 51 ġekil 7.3. CPADB’nin FT-IR spektrumu ................................................................... 51 ġekil 7.4. Si-N3 ve Si-NH2 yüzeylerin hazırlanması .................................................. 53 ġekil 7.5. t-BOC-allilamin sentezi ............................................................................. 54 ġekil 7.6. t-BOC-allilamin molekülüne ait 1H-NMR spektrumu ............................... 55 ġekil 7.7. t-BOC-allilamin molekülüne ait FT-IR spektrumu.................................... 55 ġekil 7.8. a) Si-OH, b) Si-Br ve c) Si-N3 yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları ............................................................................................... 57 ġekil 7.9. a) Si-H, b) Si-NH-t-BOC, c) Si-NH3+ ve d) Si-NH2 yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları ................................................................. 58 ġekil 7.10. a) Si-OH ve b) Si-H yüzeylerinin Si 2p bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumları .............................................. 59 ġekil 7.11. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerinin N 1s, C 1s ve Br 3d bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ............................... 60 ġekil 7.12. a) Si-NH-t-BOC, b) Si-NH3+ ve c) Si-NH2 yüzeylerinin N 1s ve C 1s bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ...... 62 ġekil 7.13. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ......................... 65 ġekil 7.14. a) Si-NH-t-BOC ve b) Si-NH2 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ........ 66 ġekil 7.15. a) Si-OH ve b) Si-H yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri... 68 ġekil 7.16. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri ... 69 ġekil 7.17. a) Si-NH-t-BOC ve b) Si-NH2 yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri ........................................................................................ 70 ġekil 7.18. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinin hazırlanması ............................................................................................... 75 ġekil 7.19. Alkil sonlu CPADB’nin sentezi ............................................................... 76 ġekil 7.20. Alkil sonlu CPADB’nin 1H-NMR spektrumu ......................................... 77 xvi ġekil Sayfa ġekil 7.21. Alkil sonlu CPADB’nin FT-IR spektrumu .............................................. 78 ġekil 7.22. CPSE’nin sentezi ..................................................................................... 79 ġekil 7.23. CPSE’nin 1H-NMR spektrumu ................................................................ 79 ġekil 7.24. CPSE’nin FT-IR spektrumu ..................................................................... 80 ġekil 7.25. ACPCl sentezi .......................................................................................... 81 ġekil 7.26. ACPCl’nin 1H-NMR spektrumu .............................................................. 81 ġekil 7.27. ACPCl’nin FT-IR spektrumu ................................................................... 82 ġekil 7.28. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları ............................................................ 83 ġekil 7.29. Si-k-CPADB yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ............................................ 84 ġekil 7.30. Si-NH-CPADB yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ............................................ 85 ġekil 7.31. Si-NH-Azo yüzeyine ait N 1s, C 1s ve Cl 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ............................................ 87 ġekil 7.32. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB, ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ............................................................................. 90 ġekil 7.33. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri ......................................................... 93 ġekil 7.34. PVBTAC’nin 1H NMR spektrumu .......................................................... 97 ġekil 7.35. PVBTAC’nin FT-IR spektrumu .............................................................. 97 ġekil 7.36. Polimer fırçaların sentezi ......................................................................... 98 ġekil 7.37. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-k-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları .............. 100 ġekil 7.38. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları ............ 101 ġekil 7.39. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları ............ 102 xvii ġekil Sayfa ġekil 7.40. Si-k-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları .......................................... 103 ġekil 7.41. Si-ya-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları .......................................... 104 ġekil 7.42. Si-yb-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları .......................................... 106 ġekil 7.43. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ......................................................... 111 ġekil 7.44. Farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait FT-IR spektrumları (3800-2600 cm-1) ................................................................ 112 ġekil 7.45. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin 4000-2400 cm-1 aralığında yüzey taraması ......................... 113 ġekil 7.46. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkların polimerzasyon süresi ile değiĢimi ............. 114 ġekil 7.47. a) Si-k-PVBTAC, b)Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri ................................... 116 ġekil 7.48. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait temas açılarının pH ile değiĢimi ......................................................... 118 ġekil 7.49. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC polimerlerin alıkonma sürelerinin polimerizasyon süresi ile değiĢimi .... 120 ġekil 7.50. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için polimerizasyon süresinin bir fonksiyonu olarak normalize alan ve % dönüĢüm grafiği. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC ................................................................................... 121 ġekil 7.51. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için yarı-logaritmik kinetik eğrileri a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC ................................................ 122 ġekil 7.52. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için % dönüĢümün bir fonksiyonu olarak M n ve HI grafiği a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC .................. 123 ġekil 7.53. Polimer fırça üzerine DNA immobilizasyonu ....................................... 129 ġekil 7.54. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin 2- ve 3- boyutlu yüzey görüntüleri ......... 130 xviii ġekil Sayfa ġekil 7.55. Elipsometrik kalınlık (a) ve yüzey deriĢiminin (b) DNA deriĢimi ile değiĢimi (25 °C ve 12 saat) ................................................................ 131 ġekil 7.56. Polimer fırça üzerine DNA adsorpsiyon izotermi ................................. 133 ġekil 7.57. a) 0,025 mg/mL, b) 0,05 mg/mL ve c) 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 2- ve 3-boyutlu yüzey görüntüleri (25 °C ve 12 saat) ....................................................... 135 ġekil 7.58. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin floresans Ģiddetlerinin DNA deriĢimine bağlı değiĢimi (25 °C ve 12 saat) ........................................... 136 ġekil 7.59. a) 0,025 mg/mL, b) 0,05 mg/mL ve c) 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri (25 °C ve 12 saat) ........................................................ 137 ġekil 7.60. Elipsometrik kalınlık (a) ve yüzey deriĢiminin (b) bekletme süresi ile değiĢimi (25 °C ve 0,10 mg/mL) ........................................................ 139 ġekil 7.61. a) 6 saat, b) 12 saat, ve c) 24 saat DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 2- ve 3-boyutlu yüzey görüntüleri (25 °C ve 0,10 mg/mL) ............................................................................ 140 ġekil 7.62. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin floresans Ģiddetlerinin bekletme süresine bağlı değiĢimi (25 °C ve 0,10 mg/mL) ...................................... 141 ġekil 7.63. a) 6 saat, b) 12 saat, ve c) 24 saat DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri (25 °C ve 0,10 mg/mL) ............................................................................ 142 xix SĠMGELER VE KISALTMALAR Bu çalıĢmada kullanılmıĢ simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aĢağıda sunulmuĢtur. Simgeler Açıklamalar Γ Yüzey deriĢimi Σ Bağlanma yoğunluğu D Zincirler arası uzaklık n Kırılma indisi Rg Jirasyon yarıçapı Kısaltmalar Açıklamalar ACPA 4,4'-Azobis(4-siyanopentanoik asit) ACPCl 4,4'-Azobis(4-siyanopentanoil klorür) AFM Atomik kuvvet mikroskobu ATRP Atom transfer radikal polimerizasyonu BPTS (3-Bromopropil)trimetoksisilan CPADB (4-Siyanopentanoik asit)-4-ditiyobenzoat FT-IR Fourier transform infrared spektroskopisi GPC Jel geçirgenlik kromotografisi HI Heterojenlik indeksi NMP Nitroksit ortamlı polimerizasyon NMR Nükleer manyetik rezonans PVBTAC Poli[(ar-vinilbenzil)trimetilamonyum klorür] RAFT Tersinir katılma-ayrılma zincir transfer polimerizasyonu VBTAC (ar-Vinilbenzil)trimetilamonyum klorür XPS X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi 1 1. GĠRĠġ Malzemelerin ince filmle kaplanması malzemenin özelliklerinin geliĢtirilmesi ve çevre ile olan etkileĢimini kontrol etmesi sebebiyle binlerce yıldır uygulanmaktadır. AhĢap malzemeleri korumak için Çinliler 7000 yıl öncesinde verniği kullanmıĢlardır. Mısırlı gemiciler ahĢap gemilerini sudan korumak için zift ile kaplamıĢlardır. Yunanlılar ve Romalılar ile beraber Çinliler, Koreliler ve Japonlar da evlerini ve gemilerini, dekorasyon ve çevre koĢullarından korumak için vernik kullanmıĢlardır [Rühe, 2004]. Günümüzde ise, kaplamaların uygulama alanları basit dekorasyon ve korumanın ilerisine geçmiĢtir. Her ne kadar korozyon koruması en tanınmıĢ yüzey kaplama uygulaması olsa da, ince organik kaplamalar, kaplanan malzemenin çevre ile etkileĢimini kontrol etmek için sıklıkla kullanılırlar. Fonksiyonel kaplamalar, elektronik [Kumar ve Reynolds, 1996], havacılık, biyoteknoloji [Jia ve ark., 2010; Wang ve Bard, 2001; Xu ve ark., 2005] gibi farklı ileri teknoloji uygulamalarında yer bulmuĢtur. Molekül ve substrat arasındaki etkileĢime bağlı olarak, organik kaplamaların hazırlanmasında iki farklı yöntem kullanılır. Birinci yöntemde, moleküller ile yüzey arasında fiziksel etkileĢimler sözkonusudur [Halperin ve ark., 1992; Wang ve Koberstein, 2004]. Diğer yöntem ise, molekül ile yüzey arasında kimyasal bağlanmanın gerçekleĢtiği durumdur [Pyun ve ark., 2003; Ramakrishnan ve ark., 2006; Zhao ve Brittain, 2000]. Fiziksel yöntemlerin ortak özelliği, moleküllerin uygun çözücülerde çözünmesi ve kaplama sırasında çözücünün uzaklaĢtırılmasıdır. Basit bir yöntem olmalarına rağmen, uygun kalınlıkta ve homojen kaplamalar elde edilebilir. Film kalınlıklarının alt sınırı birkaç nanometreden baĢlar ve herhangi bir üst sınır yoktur. Fiziksel yöntemler oldukça basit yöntemlerdir ve hiçbir karmaĢık düzenek gerektirmezler. Ancak molekülleri yüzeyde tutan kuvvetler oldukça zayıftır ve kaplamanın yüzeyden kolaylıkla ayrılma riski vardır. Bununla beraber moleküllerin katı yüzeyine kovalent bağlarla bağlandığı kimyasal tekniklerin, fiziksel yöntemlere göre daha kararlı 2 olduğu açıktır. Ancak kimyasal teknikler, oldukça karmaĢık reaksiyon mekanizmaları ve iyi ayarlanmıĢ reaksiyon koĢullarında gerçekleĢir. Polimer fırçalar basitçe, polimer zincirlerinin bir uçtan katı yüzeyine bağlandığı, sonlanmıĢ polimerlerin oluĢturduğu tabakalar olarak tanımlanabilir [Rastogi ve ark., 2010]. Ġstenilen fonksiyonel grupları taĢımaları, akıllı davranıĢları ve eĢsiz özellikleri sayesinde polimer fırçalar, geniĢ bir kullanım alanı bulmuĢtur [Minko ve ark., 2003; Motornov ve ark., 2003; Uhlmann ve ark., 2007]. Polimer fırça sentezinde çeĢitli polimerizasyon teknikleri kullanılabilmesine karĢın, son yıllarda sağladığı avantajlar sebebiyle birçok çalıĢmada kontrollü/yaĢayan serbest radikal polimerizasyonu teknikleri kullanılmaktadır. Bu teknikler sayesinde, sentezlenmesi planlanan polimerin moleküler mimarisini, mol kütlesini kontrol etmek ve mol kütlesi dağılımı düĢük polimerler sentezlemek mümkün olmuĢtur. BaĢlıca kontrollü/yaĢayan radikal polimerizasyonu teknikleri, Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP), Azot Vasıtalı Polimerizasyon (NMP) ve Tersinir KatılmaAyrılma Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT)’dur. RAFT polimerizasyonu, NMP ve ATRP’ye göre çok daha kısa bir geçmiĢe sahip kontrollü/yaĢayan radikal polimerizasyonu tekniğidir. Diğer polimerizasyon tekniklerinden farklı olarak tersinir zincir transferine dayanır. RAFT, NMP ve ATRP’ye göre çok daha geniĢ monomer seçeneğini polimerleĢtirebilir. Ayrıca, reaksiyon koĢullarına, çözücü ve fonksiyonel gruplara karĢı toleranslıdır. Bu özellikleri nedeniyle, RAFT tekniği, yüzey modifikasyonunu çok yönlü bir Ģekilde gerçekleĢtirebilir. Katı yüzeyine bağlı polimer zincirlerinin bağlanma yoğunluğunu ve yapısının kontrolünü sağlayarak, kullanım alanına ve amacına yönelik polimer fırçaların sentezine izin verir. Literatürde kontrollü/yaĢayan serbest radikal polimerizasyonu teknikleri kullanılarak polimer fırça sentezi ile ilgili çok sayıda çalıĢma yer almaktadır. 3 Li ve Benicewicz, üç basamaklı bir yöntemle RAFT ajanını sentezlemiĢlerdir. Farklı deriĢimlerde RAFT ajanları kullanılarak 0,15-0,68 zincir/nm2 bağlanma yoğunluğuna sahip silisyum nano parçacıklar hazırlanmıĢtır. Bu yüzeyler kullanılarak polisitiren ve poli(n-bütilakrilat) polimer fırçalar sentezlenmiĢtir [Li ve Benicewicz, 2005]. Roy ve arkadaĢları, selüloz yüzeyler üzerine polisitiren fırçalar sentezlemiĢlerdir. Bu çalıĢmada, öncelikle selülozun hidroksil gruplarına 2-kloro-2-fenilasetil klorür molekülünü bağlamıĢlardır. Daha sonra Grignard reaktifi ile RAFT ajanını selüloz yüzeyine bağlamıĢ, polimerin sentezinin ardından mol kütlesini 21 000 g/mol ve heterojenlik indeksini 1,1 olarak belirlemiĢlerdir. Temas açısı analizleri sonucunda, polistiren ile modifiye edilmiĢ selüloz yüzeyin, selüloza göre daha hidrofobik özellikte olduğunu belirtmiĢlerdir. Ayrıca, çözeltide RAFT ajanının oranının artmasıyla bağlanma yoğunluğunun da arttığını belirlemiĢlerdir [Roy, 2006; Roy ve ark., 2005]. Yüzeye RAFT ajanının bağlandığı baĢka bir çalıĢmada ise, Cui ve arkadaĢları, karbon nano tüpler üzerinde yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyonu ile polistiren fırçalar sentezlemiĢlerdir [Cui ve ark., 2004]. Wang ve arkadaĢları, silisyum disk yüzeyinde, RAFT polimerizasyonu tekniği ile poli(metilmetakrilat) fırçalar sentezlemiĢlerdir. RAFT ajanı silisyum disk yüzeyine R-grubundan bağlanmıĢ ve polimerizasyonun gerçekleĢtirilmesi sağlanmıĢtır [Wang ve ark., 2008]. Peng ve arkadaĢları ise, RAFT ajanının silisyum disk yüzeyine immobilizasyonunda 4-vinilbenzil klorür (VBC) bağlı silisyum yüzeyler kullanmıĢlardır. Si-H yüzey üzerine VBC’ü UV yardımıyla bağlamıĢlar ve daha sonra oluĢturulan Si-VBC yüzey üzerine RAFT ajanının immobilizasyonunu gerçekleĢtirmiĢlerdir. Metilmetakrilat ve hidroksimetil metakrilat monomerleri, 70 °C’de ve çözeltiye serbest RAFT ajanı eklenmesiyle polimerleĢtirilmiĢtir [Peng ve ark., 2006]. 4 RAFT ajanının yüzeye bağlanmasında kullanılan baĢka bir yöntem ise, klik reaksiyonudur. Chang ve arkadaĢları, RAFT ajanını, 4-(klorometil)-feniltriklorosilan ile modifiye edilmiĢ silika jel üzerine klik reaksiyonu ile bağlamıĢlarıdır. RAFT ajanı bağlı silika jel üzerine RAFT polimerizasyonu ile metilakrilamit monomerinin polimerleĢmesi sağlanmıĢtır [Chang ve ark., 2010]. Ranjan ve Brittain tarafından gerçekleĢtirilmiĢ bir çalıĢmada ise, öncelikle RAFT polimerizasyonu ile poliakrilamit sentezi gerçekleĢtirilmiĢ ve klik reaksiyonu ile silika nanoparçacıkları üzerine bağlanması sağlanmıĢtır [Ranjan ve Brittain, 2007]. Baum ve Brittain, silisyum yüzeye azo baĢlatıcıyı bağlayarak, polistiren, polimetilmetakrilat, polidimetilakrilat ve kopolimer fırçaları sentezlemiĢlerdir. Etkili bir polimerizasyon hızı için çözeltiye serbest baĢlatıcı ilave etmiĢlerdir. BaĢlatıcının artan deriĢiminin polimer kalınlığını düĢürdüğünü ve baĢlatıcının deriĢiminin azalmasıyla polimerizasyonun kontrollü bir Ģekilde gerçekleĢtiğini belirlemiĢlerdir. YaĢayan polimerizasyonun karakteri gereği, monomer ilavesiyle polimer kalınlığının artığını belirlemiĢlerdir [Baum ve Brittain, 2002]. Zhai ve arkadaĢları, aynı azo baĢlatıcıyı Si-H yüzeye bağlayarak RAFT polimerizasyonu ile polibetadien polimer fırçalar sentezlemiĢlerdir. Alkil esteri, Si-H yüzeyine UV ile bağlamıĢlardır. Daha sonra, karboksilat azo baĢlatıcının immobilizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Polimerizasyon süresi ile polimer kalınlığının arttığı belirlenmiĢtir [Zhai ve ark., 2004]. Yu ve arkadaĢları ise, benzer yüzey üzerine, poli(4-vinilbenzilklorür) fırçalar sentezlenmiĢlerdir. Çözeltiden alınan serbest polimerin mol kütlesi ile polimer film kalınlığı arasındaki iliĢkiyi araĢtırmıĢlardır. Yapılan araĢtırma sonucu, mol kütlesi ile polimer film kalınlığı arasında doğrusal bir iliĢki olduğunu gözlemiĢlerdir. Heterojenlik indeksi 1,2-1,3 olarak belirlenmiĢtir [Yu ve ark., 2004]. Bütün bu araĢtırmalar, polimer fırçaların sentezinin ve karakterizasyonunun ne kadar önemli olduğunu ortaya koymaktadır. 5 Bu nedenle bu çalıĢmada, Si(111) yüzeyler üzerine yüksek bağlanma yoğunluğuna sahip poli[(ar-vinilbenzil)trimetilamonyum klorür] (PVBTAC) katyonik polimer fırçalar RAFT polimerizasyonu ile sentezlenmesi ve DNA immobilizasyonunda kullanımı amaçlanmıĢtır. Öncelikle silisyum disk yüzeyine baĢlatıcı veya RAFT ajanının bağlanması için amin ve brom sonlu yüzeyler hazırlanmıĢtır. Hazırlanan amin sonlu yüzeyler üzerine baĢlatıcı ve RAFT ajanları bağlanmıĢtır. Brom sonlu yüzey üzerine ise RAFT ajanının klik reaksiyonu ile bağlanması sağlanmıĢtır. Hazırlanan yüzeyler üzerine, RAFT polimerizasyonu ile PVBTAC polimer fırçaların sentezi ilk kez gerçekleĢtirilmiĢtir. Hazırlanan yüzeylerin her bir basamakta kimyasal karakterizasyonu, X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve Fourier transform infrared spektroskopisi (FT-IR) ile incelenmiĢtir. Ayrıca, yüzeylerin topolojileri atomik kuvvet mikroskobu (AFM), hidrofilik/hidrofobik karakterleri su temas açısı ölçümleri ve yüzeylerin kalınlığı ise elipsometre kullanılarak belirlenmiĢtir. Polimerlerin mol kütlelesi tayini için jel geçirgenlik kromotografisi (GPC) kullanılmıĢtır. Elipsometrik kalınlıklar ve polimerlerin mol kütlelerinden yararlanılarak, yüzeye adsorbe olmuĢ polimer zincirlerinin konformasyonları ve bağlanma yoğunlukları da belirlenmiĢtir. Literatürden farklı olarak, üç yöntemle hazırlanan PVBTAC fırçalarının bağlanma yoğunlukları karĢılaĢtırılmıĢtır. Ayrıca RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin bağlanma yoğunluklarının PVBTAC fırçalarının bağlanma yoğunlukları üzerine etkisi incelenmiĢtir. Son basamakta ise, hazırlanan katyonik karakterli polimer fırçalar üzerine ilk defa DNA immobilizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Floresans etiketli DNA immobilizasyonu, floresans mikroskobu yardımıyla belirlenmiĢtir. Ayrıca, DNA immobilizasyonuna deriĢim ve bekletme süresinin etkisi incelenmiĢtir. 6 2. POLĠMER FIRÇALAR Polimer fırçalar; polimer zincirlerinin bağlandıkları noktalardan uzağa doğru yönelmelerini sağlayacak Ģekilde, yüksek bağlanma yoğunluğu ile bir uçtan katı yüzeyine bağlandığı, sonlanmıĢ polimerlerin oluĢturduğu tabakalardır [Rastogi ve ark., 2010]. Son yıllarda polimer fırçalar, biyoteknoloji [Glinel ve ark., 2009; Jia ve ark., 2010; Trmcic-Cvitas ve ark., 2009], mikroelektronik [Yu ve ark., 2002] gibi bilim ve teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadır [Nath ve Chilkoti, 2003; Willner ve Katz, 2000]. ġekil 2.1. Yüzeye bağlı polimer zincirlerin üç farklı konformasyonu (a) “mantar”, (b) “pan kek”, (c) “fırça” Polimer zincirinin yüzeye bağlanması ile fırça yoğunluğuna bağlı olarak iki konformasyon oluĢur [Rühe, 2004]. 7 Eğer yüzeye bağlanmıĢ iki zincir arasındaki uzaklık, yüzeye bağlanmıĢ polimer zincirlerinin uzunluklarından daha büyükse polimer zinciri tek bir molekül davranıĢı sergiler. Polimerin yüzeydeki konformasyonunu, zincir ile yüzey arasındaki etkileĢim belirler. Eğer polimer ve yüzey arasındaki etkileĢim zayıfsa, polimer zinciri rastgele yumak formunda ve yüzeye bir noktadan bağlıdır. Bu durum “mantar” konformasyonu olarak adlandırılır (ġekil 2.1.a). Eğer polimer zinciri ile yüzey arasındaki etkileĢim kuvvetli ise, polimer molekülleri yüzey üzerinde katlar oluĢturur ve “pan kek” konformasyonu elde edilir (ġekil 2.1.b). Eğer yüzeye bağlanmıĢ zincirler arasındaki uzaklık, polimer zincirlerinin uzunluklarından küçük ise farklı bir durum söz konusudur. Bu durumda polimer zincirleri mümkün olduğu kadar birbirlerinden uzaklaĢmaya ve zincirler arasındaki etkileĢimi düĢürmeye çalıĢacaklardır. Bu durum “fırça” konformasyonu olarak adlandırılır (ġekil 2.1c). ġekil 2.2. Yüzeye bağlı makromoleküller arası uzaklık ve jirasyon yarıçapına bağlı olarak polimer zincirlerinin konformasyonu Polimer fırçalar için önemli olan bir parametre de, yüzeye adsorbe olan polimer zincirlerin yüzey deriĢimi ve yüzey yoğunluğudur. Ayrıca, elipsometrik kalınlıklar yardımıyla hesaplanan makromoleküller arasındaki uzaklık (D) ve makromoleküllerin jirasyon yarıçapı (Rg) değerleri karĢılaĢtırılarak, adsorbe olmuĢ polimerin konformasyonu da belirlenebilir. Eğer; D>2Rg ise adsorbe olan makromoleküller mantar konformasyonunda, 8 D<2Rg ise adsorbe olan makromoleküller fırça konformasyonundadır (ġekil 2.2) [Samadi ve ark., 2005]. Elipsometrik kalınlıklardan yararlanılarak yüzeye adsorbe olmuĢ polimer zincirlerinin konformasyonlarının yanı sıra, kantitatif analizleri de gerçekleĢtirilebilir [Iyer ve Luzinov, 2004]. Yüzey deriĢimi, Γ (mg/m2), polimerik tabaka kalınlığı, h (nm), ve molekül yoğunluğu, ρ (g/cm3)’nun çarpımına eĢittir (EĢ. 2.1). h (2.1) NA Avagadro sayısı ve M n (g/mol) polimerin sayıca ortalama mol kütlesi olmak üzere polimer zincirlerin bağlanma yoğunluğu, Σ (molekül veya zincir/nm2) (EĢ. 2.2) hesaplanabilir. h N A10-21 Mn (2.2) Yüzeye adsorbe olmuĢ polimer zincirleri arası uzaklık, D (nm), EĢ. 2.3 kullanılarak hesaplanır. D 4 / 1/2 (2.3) α istatistiksel segmet uzunluğu ve DP n sayıca ortalama polimerizasyon derecesi olmak üzere jirasyon yarıçapı, Rg (nm) (EĢ. 2.4) ve polimer zincirleri için uç uca uzaklık, r 2 1/2 (nm) (EĢ. 2.5) hesaplanabilir. Rg ( DP n / 6)1/2 r2 1/2 61/2 Rg (2.4) (2.5) 9 2.1. Polimer Fırçaların Sentezi Son zamanlarda, eĢsiz özellik ve uygulamaları sebebiyle polimer fırçaların sentezi oldukça önem kazanmıĢtır. Bu önemle beraber polimer fırça sentezinde çeĢitli teknikler geliĢtirilmiĢtir. Öncelikle polimer fırça sentezi, fiziksel ve kimyasal adsorpsiyon olmak üzere iki grupta incelenebilir. 2.1.1. Fiziksel adsorpsiyon Polimerlerin katı yüzeyine; hidrojen bağı, elektrostatik etkileĢimler ve hidrofilik/hidrofobik etkileĢimlerle tutunabildiği yöntemler fiziksel adsorpsiyon olarak adlandırılır. Molekül ve yüzey arasında zayıf bir fiziksel etkileĢim vardır. Kullanılan yöntemlerin son derece basit ve hızlı olmasına rağmen, kimyasal ve termal kararsızlıkları ile düĢük fırça yoğunluğuna sahip polimer fırçaların sentezi yöntemin yetersizliğidir. 2.1.2. Kimyasal adsorpsiyon Polimer molekülleri yüzeye kovalent bağla bağlanır. Polimerin yüzeye kovalent bağlanması ile fonksiyonel uç gruplara sahip polimer fırçalar sentezlenebilir. Bu amaçla iki farklı teknik kullanılır. Yüzeye aĢılama Polimerin uygun fonksiyonel uç grubu ile yüzeyde bulunan fonksiyonel grup arasında meydana gelen reaksiyon sonucunda, polimer zinciri yüzeye bağlanır [Minko ve ark., 2003; Minko ve ark., 2002; Tran ve Auroy, 2001]. Anyonik, katyonik, ATRP ve RAFT polimerizasyonu gibi tekniklerle polimer fırça sentezinde kullanılacak polimer zincirleri sentezlenebilir. Bu teknikler yardımıyla istenilen fonksiyonel gruplara sahip, mol kütlesi dağılımı düĢük polimerler elde edilebilir. 10 Sentezlenen polimerler yüzeye difüzlenir ve uygun fonksiyonel gruplarla yüzeye bağlanır (ġekil 2.3.a). Yüzeye bağlanan grupların sayısı artıkça polimer zincirlerinin yüzeye difüzlenmesi güçleĢir. Bu durum, yüksek fırça yoğunluğuna sahip polimer fırçaların sentezine izin vermez. ġekil 2.3. (a) Yüzeye aĢılama ve (b) yüzeyden aĢılama ile polimer fırça sentezi Yüzeyden aĢılama Daha yüksek bağlanma yoğunluğuna sahip polimer fırçaların sentezi için, polimer zinciri yüzeyde büyütülür [Marutani ve ark., 2004; Murata ve ark., 2007; Zhao ve Brittain, 2000]. Bu amaçla baĢlatıcı, kendiliğinden düzenlenen tek tabaka (SAM) [Kong ve ark., 2001] veya Langmuir Blodgett teknikleri ile yüzeye bağlanır. Daha sonra yaĢayan polimerizasyon tekniklerinden biri [Czaun ve ark., 2008; Joubert ve ark., 2005] veya birkaçı [Nese ve ark., 2010; Rowe ve ark., 2008; Zhao, 2003; Zhao ve He, 2003] kullanılarak polimer fırça sentezi gerçekleĢtirilir (ġekil 2.3.b). Yüzeyden aĢılama tekniği, daha yüksek fırça yoğunluğuna sahip, istenilen zincir uzunluğunda ve homojen polimer zincirlerin sentezlenmesine olanak sağladığı için, sıklıkla kullanılan polimer fırça sentezi yöntemidir. Son yıllarda, anyonik [Jordan ve ark., 1999], katyonik [Ingall ve ark., 1999], halka açılması [Lee ve ark., 2008], ATRP [Czaun ve ark., 2008; Kong ve ark., 2001; Turan ve ark., 2010], NMP [Parvole ve ark., 2005] ve RAFT [Peng ve ark., 2006; Roy ve ark., 2005] gibi yaĢayan polimerizasyon teknikleri, yüzeyden aĢılama tekniği ile birlikte baĢarıyla kullanılmaktadır. Bu teknikler; reaksiyon koĢullarına karĢı 11 toleranslı olmaları ve çeĢitli monomerleri polimerleĢtirebilmeleri sebebiyle, istenilen fonksiyonel gruplara sahip ve istenilen özellikte polimer fırça sentezinde kullanılmaktadır. 12 3. KONTROLLÜ/YAġAYAN RADĠKAL POLĠMERĠZASYONU Klasik radikal polimerizasyonu günümüzde polimer ve/veya kopolimer sentezinde kullanılmaktadır. Çok çeĢitli monomerlerle çalıĢma imkânı vermesi, farklı sıcaklıklarda kullanılabilmesi ve basit reaksiyon koĢullarından dolayı, çeĢitli yetersizliklerine rağmen hala sıklıkla tercih edilmektedir. Ancak, her geçen gün sentezlenen polimerlere duyulan ihtiyacın ve kullanım alanlarının artması polimer bilimini farklı sentez yöntemlerine itmiĢtir. 1956 yılında Michael Szwarc tarafından yayınlanan iki makale polimer alanında devrim yaratmıĢtır [Szwarc, 1956; Szwarc ve ark., 1956]. Nature’da yayınlanan makalesinde basitçe “yaĢayan polimerler” terimini kullanmıĢ olsa da, günümüze kadar yaĢayan polimerler baĢlığı altında çeĢitli teknikler geliĢtirilmiĢtir. GeliĢtirilen bu teknikler, klasik radikal polimerizasyonun yetersizliklerini gidererek, basit reaksiyon koĢullarında çeĢitli monomerlerin polimerleĢtirilmesine ve polimerizasyonun kontrolüne olanak sağlamıĢtır. Kontrollü/yaĢayan radikal polimerizasyonu (CRP) tekniklerinden bahsedilebilmesi için baĢlama basamağı hızının ilerleme basamağı hızından daha büyük olması gerekmektedir [Braunecker ve Matyjaszewski, 2007]. PolimerleĢme, monomerin tamamı tükeninceye kadar devam eder. Ayrıca monomer ilavesiyle de polimerleĢmenin devamı söz konusudur. Polimerizasyon tekniğinin bu üstün özelliği, kopolimer sentezi için de etkili bir yoldur. Ayrıca sentezlenen polimerin mol kütlesi önceden tahmin edilebilmekte ve mol kütlesi dağılımı oldukça dar polimerlerin sentezine olanak sağlamaktadır. Büyüyen radikaller ile uyuyan türler arasındaki denge tüm CRP tekniklerinin önemli bir özelliğidir. CRP’leri uyuyan türlerin yapısına ve büyüyen radikaller ile uyuyan türler arasındaki dengeye göre birçok gruba ayırmak mümkündür. Ancak CRP’leri polimerizasyon mekanizmasına göre sınıflandırmak, kullanılan reaktantların deriĢimleri, polimerin molekül ağırlığı, heterojenlik indeksi ve polimerizasyon hızı 13 arasında iliĢki kurulması açısından daha uygundur. Polimerizasyon mekanizmasına göre CRP dört farklı grupta toplanabilir (ġekil 3.1) [Matyjaszewski, 2002]. ġekil 3.1. CRP’nin sınıflandırılmasında kullanılan dört genel polimerizasyon mekanizması a) ATRP, b) NMP, c ve d) RAFT [Matyjaszewski, 2002] 14 ġekil 3.1’de tüm mekanizmalar için reaksiyonuna giren aktif türler; Pn ve Pm , monomer; M, aktivasyon hız sabiti; ka, deaktivasyon hız sabiti; kda, büyüme hız sabiti kp ve sonlanma hız sabiti; kt ile verilmiĢtir. BaĢlıca yaĢayan polimerizasyon teknikleri, ATRP (ġekil 3.1.a), NMP (ġekil 3.1.b) ve diğer dejenere transfer prosesler ile birlikte RAFT’dır (ġekil 3.1.c-d) [Matyjaszewski, 2002]. 3.1. Azot Vasıtalı Polimerizasyon (NMP) NMP’de polimerizasyonun kontrolü, kararlı bir nitroksit radikali ile sağlanır. Polimerizasyon sisteminde nitroksit radikali, çoğalmakta olan diğer radikaller ile bağ oluĢturur. OluĢan bu bağ radikal deriĢimini azalttığı için, sonlanma reaksiyonlarının oranını düĢürür. Bu durum NMP’nin yaĢayan karakterinin göstergesidir. NMP’ye ait genel reaksiyon mekanizması ġekil 3.2’de görülmektedir. ġekil 3.2. NMP’nin genel reaksiyon mekanizması Moad ve arkadaĢları, nitroksit olarak 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidiniloksi (TEMPO) kullandıkları bir çalıĢmada, 80-100 °C’de akrilatların düĢük mol kütleli oligomerlerini sentezlemiĢlerdir. Bu durum düĢük sıcaklıklarda ve TEMPO gibi nitroksitlerin kullanıldığı durumlarda polimerizasyonun yaĢayan karakterde olmadığını göstermektedir [Hawker, 2002]. NMP özellikle, stiren ve 4-vinilpiridinin polimerizasyonunda, mol kütlesi ve heterojenlik indeksini iyi bir Ģekilde kontrol eder. Ancak, NMP için daha yüksek 15 reaksiyon sıcaklığı (125-145 °C) ve daha uzun reaksiyon süresi (1-3 gün) gerekmektedir [Odian, 2004]. Yüzeyde baĢlatılan NMP’nin ilk uygulaması Hussemann ve arkadaĢları tarafından 1999 yılında yayımlanmıĢtır [Husseman ve ark., 1999]. Bu çalıĢmanın ardından, yüzeyde baĢlatılan NMP tekniği ile farklı katı yüzeyler üzerinde ve farklı zincir uzunluğuna sahip polimer fırçaların sentezlendiği çalıĢmalar literatürde yerini almıĢtır [Bartholome ve ark., 2005; Bartholome ve ark., 2003; Devaux ve ark., 2002; Tsujii ve ark., 2006]. 3.2. Atom Transfer Radikal Polimerizasyonu (ATRP) ATRP, NMP gibi tersinir sonlanma ile gerçekleĢen kontrollü radikal polimerizasyondur. ATRP’de polimerizasyon kontrolü, bir geçiĢ metali kompleksi ile sağlanır. ATRP, bir geçiĢ metal kompleksi ile bir polimer zinciri sonu arasındaki halojen atomunun tersinir transferini içeren kontrollü radikal polimerizasyondur. Tersinir transfer sırasında polimer zincirleri birbirlerine yakın hızlarda büyümeye devam eder. Bu iĢlem monomer tükeninceye kadar devam etmektedir. ATRP’nin genel reaksiyon mekanizması ġekil 3.3’de verilmiĢtir. ġekil 3.3. ATRP’nin genel reaksiyon mekanizması ATRP ile çok farklı monomer türleri polimerleĢtirilebildiği gibi, eser miktardaki su, oksijen ve safsızlıklara karĢı da oldukça toleranslıdır. Özellikle, stirenler, akrilatlar, metakrilatlar, akrilonitril ve dienler gibi birçok vinilik monomere ATRP uygulanabilir [Börner ve ark., 2001; Davis ve Matyjaszewski, 2001; Gromada ve 16 Matyjaszewski, 2001]. Ancak, karboksilik asit grubu içeren monomerler ATRP ile polimerleĢtirilemezler. Çünkü bu monomerler hızlı bir Ģekilde Cu(II) ile reaksiyon vererek aktif olmayan Cu(II) karboksilat deaktivatörünü oluĢtururlar. Bu deaktivatör, aktif Cu(I) kompleksine indirgenemez [Otsu ve ark., 1982]. Sentezlenen polimerlerin mol kütlesi dağılımı oldukça düĢüktür. Polimerizasyon derecesi; baĢlatıcının yapısına ve aktivitesine, çözücünün polaritesine, monomer çeĢidine ve sıcaklığına bağlıdır [Liu ve ark., 2004]. Her katalizör sistemi için uygun çözücü gereksinimi ve reaksiyon sonunda geçiĢ metali kalıntılarının varlığı ATRP tekniğinin dezavantajlarıdır. Polimer fırçaların önem kazanmasının ardından, ATRP polimer fırça sentezinde sıklıkla kullanılmaya baĢlanmıĢtır. Literatürde ATRP ile silisyum [Feng ve ark., 2004; Tsujii ve ark., 2006; Turan ve ark., 2010], altın [Huang ve ark., 2002; Kim ve ark., 2002; Tsujii ve ark., 2006], demir [Lu ve ark., 2010], nanopartikül [Gu ve Sen, 2002; Marutani ve ark., 2004; Nagase ve ark., 2010; Ohno ve ark., 2002; Savin ve ark., 2002], v.b. yüzeyler üzerine hazırlanan polimer fırçaların bulunduğu birçok kapsamlı çalıĢma yer almaktadır. 3.3. Tersinir Katılma-Ayrılma Zincir Transfer Polimerizasyonu (RAFT) RAFT polimerizasyonu son yıllarda geliĢtirilen bir kontrollü/yaĢayan polimerizasyon tekniğidir. NMP ve ATRP’den farklı olarak RAFT, tersinir zincir transferine dayanır [Moad ve ark., 2005]. RAFT, NMP ve ATRP’ye göre çok daha geniĢ monomer seçeneğini polimerleĢtirebilir. Ayrıca, reaksiyon koĢullarına, çözücü ve fonksiyonel gruplara karĢı toleransı sebebiyle son yıllarda ilgiyi kendi üzerine çekmeyi baĢarmıĢtır. 3.3.1. RAFT mekanizması RAFT polimerizasyonunun anahtar özelliği, ġekil 3.4’de görüldüğü gibi katılma ve ayrılma reaksiyonlarının art arda olmasıdır [Chiefari ve ark., 1998]. Radikal ayrılan 17 grubun (R), polimerizasyonu tekrar baĢlatması ve hızlı bir Ģekilde büyüyen aktif gruplara dönüĢmesi için etkin bir grup olması gerekmektedir. BaĢlama ve radikalradikal sonlanması klasik serbest radikal polimerizasyonlarındaki gibi meydana gelir. BaĢlama basamağında herhangi bir radikal kaynağı kullanılabilir. OluĢturulan baĢlatıcı radikalleri, ortamdaki monomerlere katılarak aktif merkezlere sahip zincirleri meydana getirir ( Pn ). ġekil 3.4. RAFT mekanizması Polimerizasyonun ilk basamaklarında büyüyen radikalin ( Pn ), tiyokarboniltiyo bileĢiğine [RSC(Z)=S] katılmasını, polimerik tiyokarboniltiyo bileĢiği [P nS(Z)C=S] ve yeni radikalin ( R ) oluĢması takip eder. Monomer ile radikalin ( R ) reaksiyonu, yeni bir büyüyen radikal ( Pm ) oluĢturur. Aktif büyüyen radikaller ile uyuyan polimerik tiyokarboniltiyo bileĢikleri arasındaki hızlı denge bütün zincirlerin eĢit büyümesini sağlar ve dar mol kütlesi dağılımına sahip polimerlerin sentezine olanak verir [Vasilieva ve ark., 2005]. Polimerizasyon tamamlandığı zaman (ya da durduğu zaman), çoğu zincirler tiyokarboniltiyo son grubunu içerir ve kararlı bir Ģekilde izole edilebilirler. RAFT’ın genel reaksiyon mekanizması toplu olarak ġekil 3.5’de verilmiĢtir. Ġdeal bir RAFT polimerizasyonunda, bütün zincirler polimerizasyonun baĢlangıcında oluĢur ve monomer tükeninceye kadar büyüme devam eder. Mol kütlesi dönüĢümle doğrusal olarak artar ve mol kütlesi dağılımı düĢük polimerlerin sentezi gerçekleĢtirilebilir. Ayrıca sentezlenmesi planlanan polimerin mol kütlesi önceden hesaplanabilir. ġekil 3.5. RAFT’ın genel reaksiyon mekanizması 18 19 ; monomerin baĢlangıç deriĢimi, Mmonomer; monomerin molekül kütlesi, ; % monomer dönüĢümü, etkinliği, zaman ve ; baĢlatıcının baĢlangıç deriĢimi, ; baĢlatıcının bozunma hız sabiti, t; ; RAFT ajanının molekül kütlesi olmak üzere, polimerin teorik sayıca ortalama mol kütlesi, M n,teorik ; RAFT ajanının baĢlangıç deriĢimi, ƒ; baĢlatıcının hesaplanabilir. monomer 0 M monomer M CTA0 2 f I 0 1 ek t CTA (3.1) d Kontrollü bir RAFT polimerizasyonunda, ikinci terim RAFT ajanının deriĢimi yanında ihmal edilebilir. Bu durumda EĢ. 3.1 basitleĢtirilerek EĢ. 3.2 yazılabilir. M n,teorik monomer 0 M monomer M CTA CTA0 monomer 0 M monomer mmonomer M n,teorik (3.2) olduğuna göre, EĢ. 3.2, mmonomer M CTA CTA0 (3.3) Ģeklinde kısaltılabilir [Lowe ve McCormick, 2007; Sogabe ve ark., 2010]. 3.3.2. RAFT ajanı RAFT ajanlarının seçimi reaksiyon koĢullarına bağlıdır [Barner-Kowollik, 2008]. RAFT ajanı olarak çok çeĢitli tiyokarboniltiyo (ZC(=S)SR) bileĢikleri kullanılmıĢtır. Çoğunlukla ditiyobenzoat (Z=Ph) ve diğer ditiyoesterler RAFT ajanı olarak kullanılmaktadır [Chiefari ve ark., 1998]. 20 ġekil 3.6. RAFT ajanın genel yapısı ġekil 3.6’da RAFT ajanlarının genel yapısı görülmektedir. R grubu, RAFT ajanına bir radikal katıldığında kolaylıkla ayrılarak, polimerizasyonu tekrar baĢlatabilen gruptur. Z ise C=S ikili bağını aktive ederek katılma ve ayrılma hızlarını kontrol eden gruptur [Chiefari ve ark., 2003; Chong ve ark., 2003]. RAFT ajanları R ve Z gruplarına göre sınıflandırılabilirler. R gruplarına göre; primer, sekonder ve tersiyer olarak gruplara ayrılabilirler. Ancak Z gruplarına göre sınıflandırmak daha yaygındır. ġekil 3.7. Tiyokarboniltiyo RAFT ajanlarının sınıflandırılması [Chiefari ve Rizzardo, 2002] 21 ġekil 3.7’de görüldüğü gibi Z grubuna bağlı olarak, tiyokarboniltiyo RAFT ajanları dört sınıfta toplanabilir; ditiyoesterler (Z: aril veya alkil), tritiyokarbonat (Z: sübstitüe kükürt), ditiyokarbonat (ksantat) (Z: sübstitüe oksijen) ve ditiyokarbamat (Z: sübstitüe azot). Ksantatları içeren kontrollü/yaĢayan serbest radikal polimerizasyonu MADIX (ksantatın değiĢimiyle makromoleküler tasarım) olarak adlandırılmıĢtır [Chiefari ve Rizzardo, 2002]. RAFT ajanının etkinliği; polimerleĢmede kullanılan monomere, serbest radikal Ģeklinde ayrılan R grubunun özelliklerine ve tiyokarbonil ikili bağını aktive ya da deaktive eden ve ara radikalin kararlılığını değiĢtiren Z grubuna bağlıdır [Chiefari ve ark., 2003; Chong ve ark., 2003; Moad ve ark., 2005]. ġekil 3.8’da RAFT ajanının seçiminde R ve Z gruplarının etkisi görülmektedir. ġekil 3.8. RAFT ajanı seçiminde R ve Z gruplarının etkisi. Z için, soldan sağa doğru katılma hızı azalırken, ayrılma hızı artar. R için, soldan sağa doğru, ayrılma hızı azalırken, katılma hızı artar (AM: akrilamit, AN: akrilonitril, MA: metil akrilat, NVP: n-vinilpirolidon, S: stiren, VAc: vinil asetat) [Moad ve ark., 2008] Etkili bir RAFT polimerizasyonu için [Moad ve ark., 2005], RAFT ajanları reaktif C=S ikili bağına sahip olmalı (yüksek kadd), Ara radikaller hızla ayrılabilmeli (yüksek kβ, zayıf S-R bağı) ve yan reaksiyonlar vermemeli, Ara radikal istenilen ürünlere bölünebilmeli ( kβ ≥ k-add), 22 Ayrılan radikal (R˙) etkili bir Ģekilde polimerizasyonu yeniden baĢlatabilmelidir. 3.3.3. RAFT’da kullanılan monomerler RAFT’ın özelliklerinden bazıları; monomer seçiminde çok yönlü olması, fonksiyonel gruba karĢı toleransının çok yüksek olması ve genel deneysel koĢullar altında baĢarıyla yapılabilir olması Ģeklinde sıralanabilir. RAFT, geleneksel serbest radikal polimerizasyonunun tiyokarboniltiyo bütün özelliklerine bileĢiklerinin sahiptir. varlığında, bir Aynı zamanda kontrollü/yaĢayan RAFT radikal polimerizasyonu tekniğidir. RAFT’ın avantajlarından birisi de geniĢ bir fonksiyonel grup aralığı içeren çok sayıda monomer arasından seçim yapılabilir olmasıdır. RAFT Ģimdiye kadar stirenik, metakrilat ve metakrilamit gibi monomer türleri için baĢarılı bir Ģekilde kullanılmıĢtır. Bununla birlikte RAFT yöntemi ile nötral [Convertine ve ark., 2004; Lai ve ark., 2002; Pai ve ark., 2004], anyonik [Sumerlin ve ark., 2001; Yusa ve ark., 2003], katyonik [Mitsukami ve ark., 2006; Vasilieva ve ark., 2004; Wang ve Lowe, 2007] ve zwitteriyon [Donovan ve ark., 2003; Donovan ve ark., 2002; Lowe ve McCormick, 2002] monomerlerini içeren geniĢ bir monomer aralığını polimerleĢtirilebilir. 3.3.4. RAFT polimerizasyonu koĢulları Sıcaklık Oda sıcaklığından 140 °C’ye kadar çeĢitli sıcaklıklarda RAFT polimerizasyonu gerçekleĢtirilebilir. DüĢük ve yüksek sıcaklıklar karĢılaĢtırıldığında, yüksek sıcaklıklarda mol kütlesi dağılımı daha dar polimerlerin elde edildiği görülmüĢtür. Ayrılma hız sabiti, ara ürün ve RAFT ajanının transfer hız sabiti, sıcaklığın artmasıyla artar. Ayrıca yüksek sıcaklık, daha yüksek polimerizasyon hızı ve kısa polimerizasyon süresi sağlar. 23 Basınç Yüksek basınçlarda, radikal-radikal sonlanması oranı düĢer ve yüksek molekül kütleli polimerler yüksek hızla elde edilir. Stiren, kümül ditiyobenzoat RAFT ajanı yardımıyla oldukça yüksek basınçta (5 kbar) polimerleĢtirilebilmiĢtir [Arita ve ark., 2005]. Çözücü RAFT polimerizasyonu oldukça geniĢ reaksiyon koĢullarına karĢı toleranslıdır. RAFT polimerizasyonunda organik çözücüler, alkol ve su gibi protonik çözücüler [Lowe ve McCormick, 2002], iyonik sıvılar [Perrier ve ark., 2002] ve süper kritik karbondioksit [Arita ve ark., 2005] kullanılabilmektedir. Çözücü seçiminde en önemli ölçüt, kullanılacak RAFT ajanının çözünebilmesidir. Lewis asitlerinin bulunduğu polar koĢullarda, RAFT ajanları hidrolitik hassasiyet gösterebilirler. BaĢlatıcı RAFT polimerizasyonunun optimum koĢullarını sağlamak için, baĢlatıcı seçimi ve baĢlatıcı deriĢimi son derece önemlidir. BaĢlatıcı olarak, herhangi bir serbest radikal kaynağı kullanılabildiği gibi, çoğunlukla termal baĢlatıcılar (2,2'- azobis(isobütironitril), azobis(2-siyanopentanoik asit), K2S2O8 v.b.) kullanılır. Polimerizasyon; UV [Lu ve ark., 2006], gama [Barner ve ark., 2002; Zhou ve ark., 2006] ve plazma yöntemlerinden biri kullanılarak da baĢlatılabilir. 3.3.5. RAFT polimerizasyonu ile yüzey modifikasyonu Son zamanlarda gerçekleĢtirilen kontrollü radikal polimerizasyon teknikleri, katı yüzeyine bağlanan polimerlerin yapısını ve bağlanma yoğunluklarını kontrol etmekte oldukça baĢarılıdır. ÇeĢitli yüzeylerin fonksiyonel polimerlerle modifiye edilmesinde 24 RAFT polimerizasyonu, yüzeye(den) aĢılama teknikleri ile beraber baĢarıyla kullanılmaktadır. GeniĢ monomer seçeneği, istenilen özelliklere sahip polimer fırça sentezine olanak sağlamaktadır. Mol kütlesinin kontrolü ve düĢük heterojenlik indeksine sahip polimer sentezine olanak sağlaması, sentezlenen fırçaların homojen ve istenilen uzunlukta olmasına izin verir. Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyonuna ait ilk çalıĢmanın, Tsujii ve arkadaĢları tarafından 2001 yılında yayınlanmasının ardından [Tsujii ve ark., 2001] silisyum [Gürbüz ve ark., 2011; Li ve Benicewicz, 2005; Rowe-Konopacki ve Boyes, 2007; Wang ve ark., 2008; Zhao ve Perrier, 2007], altın [Duwez ve ark., 2006; Raula ve ark., 2003], cam [Pirri ve ark., 2006], ito [Liu ve ark., 2009], karbon nanotüp [Pei ve ark., 2007; Wang ve ark., 2007; Xu ve ark., 2007; Xu ve ark., 2006], selüloz [Barsbay ve ark., 2009; Perrier ve ark., 2004; Roy ve ark., 2005], polimer film [Chen ve ark., 2006], nanopartikül [Tian ve ark., 2011] v.b. birçok yüzey RAFT polimerizasyonu kullanılarak modifiye edilmiĢtir. Yüzeye aĢılama Yüzeye aĢılama yöntemi fonksiyonel uç gruplu polimerler için uygun bir yöntemdir. RAFT polimerizasyonu ile sentezlenen polimerler ditiyoester ya da tritiyokarbonat uç grup içerirler. Bu gruplar tiyole dönüĢtürülerek, altın [Hotchkiss ve ark., 2007; Lowe ve ark., 2002; Sumerlin ve ark., 2003; Yusa ve ark., 2007] ya da farklı metal yüzeylerine [Lowe ve ark., 2002] kolaylıkla bağlanabilir. Bu yöntem, RAFT polimerizasyonunun üstünlüklerine sahip olmasının yanında, yüzeye aĢılama tekniğinin tüm dezavantajlarını da içerir. Öncelikle yüzeye gelerek bağlanan polimer zincirleri, daha sonra yüzeye bağlanacak olan polimer zincirlerini engelleyerek bağlanma yoğunluğunun ve film kalınlığının düĢük olmasına neden olurlar. 25 Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyonu Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyonu, yüzeye aĢılama tekniğinin tüm olumsuzluklarını giderir. Ġstenilen bağlanma yoğunluğuna sahip polimer zincirlerinin hazırlanmasına olanak sağlar. Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyonu için iki genel yöntem vardır. Her iki yöntemde de polimer zincirleri yüzeyde büyürler. Birinci yöntemde, kullanılacak olan baĢlatıcı çeĢitli tekniklerle yüzeye bağlanır [Baum ve Brittain, 2002; Yu ve ark., 2004; Zhai ve ark., 2004] ve serbest RAFT ajanı polimerizasyon çözeltisine eklenir. Genel olarak baĢlatıcının yüzeye bağlanmasına rağmen, çözelti ortamına serbest baĢlatıcı ilave edilir. Yüzeye bağlı olan baĢlatıcının çok az olması ve az sayıda oluĢan radikalin sönümlenme olasılığı sebebiyle etkili bir polimerizasyonun gerçekleĢmesi için, serbest baĢlatıcının ilavesine gerek duyulmaktadır [Baum ve Brittain, 2002]. Serbest baĢlatıcının ilavesi, çözelti içerisinde polimerlerin oluĢmasına neden olur. Ancak oluĢan polimerlerin mol kütlesi ve heterejonlik indeksinin, yüzeyde oluĢmuĢ polimerlere kabul edilebilir ölçüde yakın olduğu belirtilmiĢtir [Baum ve Brittain, 2002]. ġekil 3.9. Yüzeyde baĢlatılan RAFT polimerizasyon için, R-grubu ve Z-grubu yöntemleri [Li ve ark., 2008] 26 Diğer yöntem ise, RAFT polimerizasyonunda kullanılan RAFT ajanının katı yüzeyine bağlamasıyla gerçekleĢtirilir [Li ve ark., 2008]. Bu durumda RAFT ajanı yüzeye, R veya Z gruplarının herhangi birinden bağlanabilir. R-grup yönteminde, RAFT ajanı yüzeyden ayrılarak, polimerizasyonu tekrar baĢlatabilecek R grubundan bağlanır. Çözelti içerisinde meydana gelen aktif büyüyen radikaller, yüzeyde yer alan RAFT ajanına katılması ile polimerik RAFT ajanı ve yüzeyde yeni radikal oluĢur. OluĢan radikale monomer katılması ile polimer zincirlerinin yüzeyde büyümesi sağlanır. Bu yöntem “yüzeyden aĢılama” tekniğine benzer. Z-grubundan yüzeye bağlandığı durumda ise, polimer radikaller çözelti içerisinde oluĢur ve yüzeye bağlı RAFT ajanının aktif C=S ikili bağına bağlanır. Polimer radikallerinin çözeltide oluĢup yüzeye bağlandığı bu yöntem ise “yüzeye aĢılama” tekniğine benzer ve yüzeye aĢılama yönteminin tüm olumsuzluklarını içerir. ġekil 3.9’da RAFT ajanının yüzeye bağlanarak polimer fırçaların sentezlenmesi Ģematik olarak gösterilmektedir. R-grup yöntemi çoğunlukla tercih edilmesine karĢın [Barsbay ve ark., 2009; Li ve ark., 2006; Li ve Benicewicz, 2005], Z-grup yöntemi de çeĢitli çalıĢmalarda kullanılmıĢtır [Peng ve ark., 2006; Zhao ve Perrier, 2006; Zhao ve Perrier, 2007]. 27 4. KLĠK REAKSĠYONU Kimyasal materyallere ve biyolojik olarak aktif moleküllere duyulan ihtiyacın her geçen gün artması, kimyacıları potansiyel kullanım alanları olan aktif moleküllerin sentezine itmiĢtir. 2001 yılında Sharples ve arkadaĢlarının, klik reaksiyonunu duyurması büyük bir etki yaratmıĢtır [Kolb ve ark., 2001]. Klik reaksiyonunun yüksek verimle gerçekleĢmesi, reaksiyon koĢullarına ve fonksiyonel gruplara karĢı toleranslı olması, yüksek seçicilik ile gerçekleĢmesi yanında reaksiyon süresinin kısa olması klik reaksiyonunun tercih edilmesinin baĢlıca nedenlerindendir [Binder ve Sachsenhofer, 2007; Himo ve ark., 2002; Malkoch ve ark., 2005]. Huisgen 1-3 siklokatılma reaksiyonu, dipolarofil ile 1,3-dipolar yapıya sahip bileĢen arasında, yüksek sıcaklıkta meydana gelen ve beĢ üyeli halkanın oluĢtuğu bir reaksiyondur [Huisgen, 1961]. Bu reaksiyon sonucunda 1,4 ve 1,5 katılma ürünlerinin bir karıĢımı elde edilir (ġekil 4.1). ġekil 4.1. Huisgen 1-3 siklokatılma reaksiyonu Sharples klik reaksiyonu ise Huisgen 1-3 siklokatılma reaksiyonunun, bakır katalizörlüğünde gerçekleĢen farklı bir biçimidir. Bakır ile beraber, rutenyum, nikel, platin ve paladyumun kullanıldığı çeĢitli çalıĢmalar literatürde yerini almıĢtır [Boren ve ark., 2008; Himo ve ark., 2002; Himo ve ark., 2005; Lewis ve ark., 2004; Zhang ve ark., 2005]. ġekil 4.2’de azit/alkil tipi klik reaksiyonu Ģematik olarak verilmiĢtir. Sharples ve arkadaĢları tarafından önerilen klik reaksiyonu, Huisgen 1-3 siklokatılma reaksiyonundan farklı olarak, 25-70 °C aralığında 1,4 katılma ürünü %95 verimle 28 elde edilebilmektedir [Binder ve Sachsenhofer, 2007; Fleischmann ve ark., 2007; Voit ve ark., 2007]. ġekil 4.2. Azit/alkil tipi klik reaksiyonu Bakır katalizörlüğünde, azit/alkil tipi 1,3-dipolar siklo katılma reaksiyonu sonucunda 1,4-disübstitüe 1,2,3-triazoller oldukça yüksek seçicilikte ve etkinlikte elde edilebilmektedirler [Lee ve ark., 2007]. Yüksek seçicilik ve verimliliklerinden dolayı, klik reaksiyonları kimyanın her alanında kendisine uygun bir kullanım alanı bulmuĢtur. Özellikle kontrollü serbest radikal polimerizasyonu teknikleri ile beraber sıklıkla kullanılmaktadır [Binder ve Sachsenhofer, 2007; Gao ve Matyjaszewski, 2007; Li ve Benicewicz, 2008; Lian ve ark., 2010; Whittaker ve ark., 2006]. Ayrıca fonksiyonel nano partiküllerin hazırlanmasında da klik reaksiyonları önemli bir yer tutmaktadır [Chang ve ark., 2010; Lian ve ark., 2010; Ranjan ve Brittain, 2008; Zhang ve ark., 2008]. Klik reaksiyonlarının kullanıldığı birçok nanoelektronik, moleküler biyoloji, biyo etiketleme [Poloukhtine ve ark., 2009; Schilling ve ark., 2009] ve ilaç sentezi [Kolb ve Sharpless, 2003] ile ilgili çalıĢmalar literatürde yer almıĢtır. 4.1. Klik Reaksiyonu Mekanizması Klik reaksiyonları, alkil ve azit uç grupları arasında metal katalizörlüğünde gerçekleĢen reaksiyonlardır. Klik reaksiyonunun mekanizması, Tornoe ve arkadaĢları [Tornoe ve ark., 2002] ile Rostovtsev ve arkadaĢları [Rostovtsev ve ark., 2002] tarafından aydınlatılmıĢtır. Sharpless ve arkadaĢları tarafından gerçekleĢtirilen, yoğunluk fonksiyonu teorisi (DFT) çalıĢmaları mekanizmanın önerilen Ģekilde yürüdüğünü göstermiĢtir [Himo ve ark., 2002; Himo ve ark., 2005]. 29 ġekil 4.3. Klik reaksiyon mekanizması [Bock ve ark., 2005] Alkil uç grup ve Cu(I) arasında bir π-kompleksi (Cu-asetilit) meydana gelir. Bu kompleksin oluĢumu ile alkil uç grubunun pKa’sı düĢer ve C-H bağı, ataklara açık hale gelir. GeçiĢ hali iki bakır atomu içerir. Bakır atomlarından biri asetilit grubuna bağlı iken, diğer bakır atomu azid grubunu aktifleĢtirir. Metal merkez atomu, azot üzerinde yer alan elektronları koordine eder. HalkalaĢma reaksiyonu ile beraber bakır-azid-asetilit kompleksi meydana gelir. Kompleksin oluĢmasını protonlanma 30 takip eder ve katılma ürünü meydana gelir. Protonlanma basamağında ayrılan katalizör ligant kompleksi, katılma ürünü vermek üzere tekrar çevrime katılır. ġekil 4.3’de klik reaksiyon mekanizması görülmektedir. 31 5. DEOKSĠRĠBONÜKLEĠK ASĠT (DNA) Deoksiribonükleik asit (DNA)’in varlığı 1869 yılında Ġsveçli biyolog Friedrich Miescher tarafından belirlenmiĢtir. Miescher fosfor içeren bu maddeye “nüklein” adını vermiĢ, daha sonra Richard Alttman, yoğun miktarda içerdiği fosfattan dolayı asit özelliği gösteren bu bileĢiği “nükleik asit” olarak isimlendirmiĢtir. Ancak bu yıllarda DNA’nın önemi ve görevi tam olarak anlaĢılamamıĢtır [Akman ve Tuncer, 2007]. 1928 yılında Ġngiliz Fredrick Griffith, gerçekleĢtirdiği deney sonucunda, bir canlının fiziksel yapısının değiĢtiğini gözlemler. Griffith, bu kalıtımsal değiĢikliğe “dönüĢüm faktörleri”nin neden olduğunu belirtir. DönüĢüm faktörünün DNA olduğu 1944 yılında Oswald Avery ve ekibi tarafından kanıtlanmıĢtır. Ancak o yıllarda kalıtımı, proteinlerin mi yoksa DNA’nın mı sağladığı açık değildir. Bu problem 1952 yılında Hershey ve Chase tarafından çözünmüĢtür. Hershey ve Chase, deneylerinde, virüsün DNA’sındaki fosfor atomlarını ve kılıftaki kükürt atomlarını radyoaktif yöntemlerle iĢaretlemiĢlerdir. Yeni nesil virüsler incelendiğinde radyoaktivitenin protein kılıfında değil, DNA’larında olduğu gözlenmiĢtir. Bu deneyle DNA’nın kalıtım maddesi olduğu kanıtlanmıĢtır [Yıldırım ve ark., 2008]. DNA’nın kalıtım maddesi olduğunun kanıtlanmasından sonra, DNA’nın molekül yapısının çözünme çalıĢmaları hız kazanmıĢtır. Birçok grup, DNA yapısını çözmeye çalıĢsa da bunların en önemlileri, proteinlerde alfa heliks yapısını keĢfeden Linus Pauling, DNA’nın X-ıĢınları kırınımını inceleyen Maurice Wilkins ve Rosalind, Franklin ve diğer bilim insanlarının çalıĢmalarını inceleyen ve üç boyutlu yapı modellerinden yararlanan Francis Crick ve James Watson’dır. Bu konular ile ilgili neredeyse hiç deney yapmamalarına rağmen, Watson ve Crick, DNA’nın ikili sarmal yapıda olduğunu belirlemiĢler ve her bir sarmal döngünün boyunu bulmuĢlardır [Yıldırım ve ark., 2008]. 32 5.1. DNA’nın Yapısı DNA, birbirine benzeyen ancak farklı azot bazları taĢıyan ve nükleotid denen dört farklı bazdan meydana gelmiĢtir. Her nükleotid dört bazdan birinin yanında fosfat ve deoksiriboz formunda bir Ģeker taĢımaktadır. Baz ve Ģeker birlikte nükleosit olarak adlandırılmaktadır. Bazlar; Adenin, Timin, Guanin ve Sitozin’dir. Bir çok araĢtırmacı, bu dört bazın bir araya gelerek DNA molekülünü nasıl meydana getirdiğini merak ediyordu. 1953’de iki araĢtırmacı, James Watson ve Francis Crick, DNA’nın yapısının ikili sarmal (ġekil 5.1) Ģeklinde olduğunu önermiĢtir. ġekil 5.1. Watson ve Crick’in önerdiği DNA ikili sarmal yapısı Watson ve Crick tarafından önerilen modelin özellikleri: Ġki uzun polinükleotit zinciri, bir merkez eksen etrafında kıvrılarak, sağ el ikili sarmal yapısını oluĢturur. Ġki zincir birbirine antiparaleldir; yani, DNA sarmalındaki iki ipten biri 5'-3' diğeri ise 3'-5' yönünde ilerler. Her iki zincirin bazları düzlemsel yapıdadır ve düzlemleri eksene diktir; bazlar 33 arasında 3,4 Å olacak Ģekilde birbiri ardına “istiflenir” ve sarmalın içinde yer alır. KarĢı zincirlerdeki azotlu bazlar, hidrojen bağları ile bağlanarak birbirleri ile eĢleĢirler; DNA’da sadece A=T ve G≡C eĢleĢmesi mümkündür. Sarmalın her bir tam dönüĢü 34 Å’dur; böylece her bir dönüĢte 10 baz yer alır. Molekülün herhangi bir bölümünde, eksen üzerinde sıra ile daha geniĢ olan büyük (majör) oluklar ve daha dar olan küçük (minör) oluklar yer alır. Sarmalın çapı 20 Å’dur. 5.2. DNA Ġmmobilizasyonu DNA, son yıllarda moleküler biyoloji ve biyoteknoloji çalıĢmalarının vazgeçilmez konusudur. 2003 yılında DNA’nın keĢfinin 50. yıldönümünde sonuçlanan insan genom projesiyle, insan genomundaki üç milyar bazın DNA dizilimi belirlenmiĢtir. Elde edilen verilerin insan için en önemli faktörlerinden olan sağlık alanında kullanımı yaygınlaĢmıĢ ve birçok yaygın hastalık için genetik testler yani tanı yöntemleri geliĢtirilmiĢitir. DNA’nın katı bir destek üzerine immobilizasyonu, moleküler biyoloji, ilaç geliĢtirme, teĢhis, tedavi v.b. biyoteknoloji çalıĢmaları açısından büyük önem taĢır [Mao ve ark., 2001; Strother ve ark., 2000; Zhao ve ark., 2008]. Farklı uygulama alanlarının farklı gereksinimleri olsa da, DNA immobilizasyonunda asıl nokta moleküler yapının ve kompozisyonun nasıl kontrol edileceğidir. Bununla beraber DNA molekülü, kullanım alanına bağlı olarak çeĢitli yöntemlerle katı yüzeyine immobilize edilebilirler [Zhao ve ark., 2008]. DNA immobilizasyonunda kullanılacak katı destek materyalinin yüzey özelliklerinin iyi bilinmesi, kararlı olması, DNA bağlanması için uygun olması gerekmektedir. DNA, yapısındaki fosfat gruplarından dolayı eksi yüklü bir moleküldür. Bu özelliği ile pozitif yüklü katı destekler üzerine elektrostatik etkileĢimler ile kolayca adsorplanabilmektedir [Blacklock ve ark., 2010; Demirel ve ark., 2009; Demirel ve Çaykara, 2009; Kato ve Ikada, 1996; Liu ve Bazan, 2005; van den Berg ve ark., 2010; Wink ve ark., 1999]. Katyonik polimerlerin DNA immobilizasyonunda 34 kullanıldığı birçok çalıĢma literatürde yer almaktadır [Demirel ve ark., 2009; Hodrien ve ark., 2007; Wink ve ark., 1999]. Polimerik destek materyalleri [Mao ve ark., 2001; Strother ve ark., 2000] ile beraber son yıllarda nanopartiküller de [van den Berg ve ark., 2010], DNA immobilizasyonunda sıklıkla kullanılmaktadır. 35 6. MATERYAL VE YÖNTEM 6.1. Kullanılan Kimyasal Maddeler 6.1.1. RAFT ajanının sentezinde kullanılan kimyasal maddeler RAFT ajanı olarak kullanılacak (4-siyanopentanoik asit)-4-ditiyobenzoat (CPADB)’ın sentezinde, benzil klorür (%99,0 Aldrich), sodyum metoksit (%95,0 Sigma-Aldrich), elementel kükürt (100 mesh, Sigma-Aldrich), 4,4'-Azobis(4siyanopentanoik asit) (%98,0 Aldrich), potasyum ferrisiyanat (III) (%99,0 SigmaAldrich), sodyum hidroksit (Carlo Erba Reagenti) ve sodyum sülfat (%99,0 SigmaAldrich) herhangi bir saflaĢtırma iĢlemi yapılmaksızın kullanılmıĢtır. Silikajel (60 Å, 70-230 mesh) Sigma-Aldrich firmasında temin edilmiĢtir. Metanol (%99,9 SigmaAldrich), dietil eter (%99,0 Sigma Aldrich), etil asetat (%99,8, Merck), n-hekzan (%97,0 Sigma-Aldrich), benzen (%99,0 J. T. Baker) ve hidroklorik asit (% 36-38 v/v J. T. Baker) kullanılmıĢtır. Yıkama iĢleminde ve çözücü olarak kullanılan saf su, ultra saf su olup, Human Power I+ cihazıyla elde edilmiĢtir. Elde edilen saf suyun direnci, 18,3 MΩ/cm’dir. 6.1.2. Silisyum yüzeylerin temizlenmesinde kullanılan kimyasal maddeler Yapılan deneysel çalıĢmada, katı destek maddesi olarak yarı iletken silisyum diskler kullanılmıĢtır. Silisyum yüzeyler (111) oryantasyonunda düzenlenmiĢ, 10 cm çapında, özdirenci 10-30 Ω.cm ve bir yüzeyi parlatılmıĢ diğer yüzeyi aĢındırılmıĢ yüzeylerdir. Silisyum disklerin yüzeylerinin temizlenmesi, hidroksil ve hidrojen sonlu yüzeylerin hazırlanması için; etil alkol (%99,8 Sigma-Aldrich), hidrojen peroksit (%30,0 SigmaAldrich), amonyum hidroksit (%28,0 Sigma-Aldrich), sülfirik asit (%96,0 Carlo Erba Reagenti), hidroklorik asit (%37,8 Acros Organics) ve hidroflorik asit (%48-51 Acros Organics) kullanılmıĢtır. 36 6.1.3. Silisyum yüzeyler üzerine tekli ve çoklu tabakaların hazırlanmasında kullanılan kimyasal maddeler Silisyum yüzeyler üzerine tekli ve çoklu tabakaların hazırlanmasında, allilamin (%98,0 Acros Organics), 3-bromopropil-trimetoksisilan (BPTS) (%97,0 Fluka), propargil alkol (%99,0 Acros Organics), N-hidroksisüksinimit (%98,0 Aldrich), N,N'-disikloheksilkarbodiimit etilkarbodiimit (%97,0 (%99,0 Aldrich), Aldrich), N-(3-(dimetilamino)propil)-N´- 4,4'-azobis(4-siyanopentanoik asit) (%98,0 Aldrich), sodyum asetat (%99,0 Sigma-Aldrich), di-ter-bütil dikarbonat (%97,0 Aldrich), 4-(N,N-dimetilamino)piridin (%99,0 Aldrich), piridin (%99,9 Aldrich), (ar-vinilbenzil)trimetilamonyum klorür (%99,0 Aldrich), sodyum azid (%99,0 Acros Organics), amonyum bikarbonat (%99,0 Sigma-Aldrich) ve sodyum klorür (%99,5 Sigma-Aldrich) herhangi bir saflaĢtırma iĢlemi yapılmaksızın kullanılmıĢtır. Tekli ve çoklu tabakaların hazırlanmasında ayrıca, asetik asit (%100,0 Riedel-de Haën), aseton (%99,8 Sigma-Aldrich), N,N-dimetilformamit (%99,0 Sigma-Aldrich), asetonitril (%99,9 Riedel-de Haën), dietil eter (%99,0 Sigma Aldrich) ve kloroform (%99, Sigma-Aldrich) çözücü olarak kullanılmıĢtır. Allilamin Mol kütlesi: 57,09 g/mol Yoğunluğu: 0,763 g/mL Propargil alkol Mol kütlesi: 56,06 g/mol Yoğunluğu: 0,949 g/mL ġekil 6.1. Allilamin, propargil alkol, 3-bromopropil-triklorosilan, N-hidroksi süksinimit, N,N'-disikloheksilkarbodiimit, 4,4'-azobis(4-siyanopentan oik asit), di-ter-bütil dikarbonat ve (ar-vinilbenzil) trimetilamonyum klorür’ün molekül yapıları 37 (3-Bromopropil)trimetoksisilan Mol kütlesi: 243,17 g/mol Yoğunluğu: 1,298 g/mL N-Hidroksisüksinimit Mol kütlesi: 115,09 g/mol N,N'-Disikloheksilkarbodiimit Mol kütlesi: 206,33 g/mol 4,4'-Azobis(4-siyanopentanoik asit) Mol kütlesi: 280,28 g/mol Di-ter-bütil dikarbonat Mol kütlesi: 218,25 g/mol (ar-Vinilbenzil)trimetilamonyum klorür Mol kütlesi: 211,74 g/mol ġekil 6.1. (Devam) Allilamin, propargil alkol, 3-bromopropil-triklorosilan, Nhidroksisüksinimit, N,N'-Disikloheksilkarbodiimit, 4,4'-azobis(4-siyano pentanoik asit), di-ter-bütil dikarbonat ve (ar-vinilbenzil) trimetil amonyum klorür’ün molekül yapıları 6.2. RAFT Ajanı Sentezi Ticari olarak çok az sayıda RAFT ajanı elde edilebilmektedir. Bu sebeple, öncelikle RAFT ajanının sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Deneysel çalıĢmada kullanılan RAFT ajanı CPADB, literatürde belirtildiği gibi 3 aĢamada sentezlenmiĢtir [Mitsukami ve ark., 2001]. 38 6.2.1. Ditiyobenzoik asit sentezi Ditiyobenzoik asit (DTBA) sentezi için 500,0 mL’lik 3 boyunlu reaksiyon balonuna, 36,0 g (0,67 mol) sodyum metoksit ve üzerine HPLC saflığında 75,5 mL metanol ilave edilmiĢtir. Daha sonra üzerine hızlı bir Ģekilde sırasıyla 6,4 g (0,2 mol) elemental kükürt ve tekrar 45,0 mL metanol ilave edilmiĢtir. Manyetik karıĢtırıcı yardımıyla oda sıcaklığında ve argon atmosferinde karıĢtırılarak 11,5 mL (0,1 mol) benzil klorür reaksiyon balonuna yavaĢ yavaĢ, 1 saat süreyle ilave edilmiĢtir. Benzil klorür ilavesi ile çözelti renginin sarıdan kırmızıya döndüğü gözlenmiĢtir. Benzil klorür ilavesinden sonra reaksiyon balonu gliserin banyosunda 67 °C’ye ısıtılmıĢ ve 10 saat süreyle argon atmosferinde geri soğutucu altında reaksiyon gerçekleĢtirilmiĢtir. 10 saat sonunda reaksiyon balonu, buz banyosunda 7 °C’ye kadar soğutulmuĢtur. Çöken tuz süzülmüĢ ve çözücü döner buharlaĢtırıcı yardımıyla uzaklaĢtırılmıĢtır. Reaksiyon balonuna 100,0 mL deiyonize su eklenmiĢ ve çözelti ikinci kez süzülmüĢtür. Ayırma hunisine aktarılan çözelti 40,0 mL dietil eter ile yıkanmıĢ ve eter fazı atılmıĢtır. Bu yıkama iĢlemi iki defa daha tekrarlanmıĢtır. Ayırma hunisine 40,0 mL dietil eter ve deriĢik HCl ilavesinin ardından ekstraksiyon gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu iĢlem iki kez daha tekrarlanmıĢ ve pembe rengin tamamen organik faza geçmesi sağlanmıĢtır. Böylece ditiyobenzoik asit organik faza alınmıĢtır. Daha sonra organik faz üzerine 60,0 mL deiyonize su ve 120,0 mL 0,1 N sodyum hidroksit eklenerek sodyum ditiyobenzoat su fazına alınmıĢtır. Bu iĢlem iki kez daha tekrarlanmıĢtır. 6.2.2. Di(tiyobenzoil) disülfit sentezi Di(tiyobenzoil) disülfit sentezi için 16,45 g (0,05 mol) potasyum ferrisiyanat, 250,0 mL deiyonize su içerisinde çözünmüĢtür. Sodyum ditiyobenzoat çözeltisi balona alınmıĢ ve daha sonra, manyetik karıĢtırıcı ile karıĢmakta olan çözeltiye potasyum ferrisiyanat çözeltisi 1 saat süreyle damla damla ilave edilmiĢtir. OluĢan kırmızı çökelek süzülmüĢ ve deiyonize su ile renksiz çözücü gelene kadar yıkanmıĢtır. OluĢan katı, vakum etüvde oda sıcaklığında kurutulmuĢtur. Elde edilen ürün etanolden kristallendirilmiĢtir. 39 6.2.3. CPADB sentezi 80 mL damıtılmıĢ etil asetat 250,0 mL’lik reaksiyon balonuna alınmıĢtır. Daha sonra balona 5,84 g (21,0 mmol) kuru 4,4'-azobis(4-siyanopentanoik asit) ve 4,24 g (14,0 mmol) di(tiyobenzoil) disülfit ilave edilmiĢtir. Reaksiyon karıĢımı geri soğutucu altında 18 saat süreyle ısıtılmıĢtır. Etil asetat döner buharlaĢtırıcı yardımıyla uzaklaĢtırılmıĢtır. Son ürün CPADB, kolon kromotoğrafisi (silikajel 60 Å, 70-230 mesh) ile etil asetat:n-hekzan (2:3) çözücü sistemi kullanılarak saflaĢtırılmıĢtır. Çözücü karıĢımı döner buharlaĢtırıcı ile uzaklaĢtırılmıĢ, kırmızı yağımsı ürün -20 °C’ye soğutulmuĢ ve daha sonra ürün benzenden kristallendirilmiĢtir. 6.3. RAFT Ajanının Karakterizasyonu CPADB’nin yapıl karakterizasyonu için 1H-NMR ve FT-IR kullanılmıĢtır. 1H-NMR spektrumları, döterokloroform (CDCl3) içerisinde ve Bruker-Spectrospin Avance DPX 300 Ultra-Shield NMR cihazı kullanılarak alınmıĢtır. Sentezlenen CPADB’nin yapısal karakterizasyonu ZayıflatılmıĢ Toplam Yansıma (Attenuated Total Reflection, ATR) aksesuarlı Thermo Nicolet 6700 FT-IR cihazı kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Spektrumlar 4 cm-1 çözünürlükte ve 126 tarama sonunda alınmıĢtır. 6.4. Yüzeylerin Temizlenmesi 6.4.1. Si-OH yüzeylerin hazırlanması 1x1cm boyutunda kesilen silisyum (111) yüzeyler, ultrasonik banyoda 50 °C’de deiyonize su ile 15 dakika, daha sonra ultrasonik banyoda 50 °C’de etil alkol ile 15 dakika organik kirliliğin uzaklaĢması için yıkanmıĢtır. Yıkanan bu yüzey NH4OH:H2O2:H2O (1:1:5, v/v) çözeltisi içinde 60 oC’de 30 dakika bekletilmiĢ ve sonra bu çözeltiden alınan yüzey ultrasonik banyoda deiyonize su ile 10 dakika boyunca yıkanmıĢtır. Bu iĢlemden sonra yüzey, HCl:H2O2:H2O (1:1:5, v/v) çözeltisi 40 içinde 60 oC’de 30 dakika boyunca bekletilmiĢ ve bu çözeltiden alınan yüzey ultrasonik banyoda deiyonize su ile 10 dakika boyunca yıkanmıĢtır. Ardından yüzey argon gazı ile kurutulduktan sonra UV/O3 hücresinde (Irvine, CA: Model 42, Jelight Company Inc.) bekletilerek yüzeyde silanol grupları oluĢturulmuĢtur. 6.4.2. Si-H yüzeylerin hazırlanması 1x1cm boyutunda kesilen silisyum (111) yüzeyler, organik kirliliğin uzaklaĢması için öncelikle 3:1 oranında deriĢik sülfirik asit ve hidrojen peroksit (%30)’den oluĢan pirana (Dikkat: “pirana” çözeltisi organik malzemeler ile Ģiddetli reaksiyon verir. Bu nedenle, pirana çözeltisi ile çalıĢılırken son derece dikkatli olunmalıdır.) çözeltisi içerisinde 90°C’de 30 dakika bekletilmiĢtir. Daha sonra temiz silisyum yüzeyler deiyonize su ile üç defa yıkanmıĢtır. Yıkamanın ardından argon ile kurutulan silisyum yüzeyler %2’lik HF içerisinde 2 dakika bekletilmiĢ ve süre sonunda deiyonize su ile yıkanarak hidrojen sonlu silisyum yüzeylerin elde edilmesi sağlanmıĢtır. 6.5. Silisyum Yüzeylere Organik Moleküllerin Bağlanması 6.5.1. 3-Bromopropiltrimetoksisilan (BPTS) molekülünün Si-OH yüzeyine bağlanması 25 μL BPTS ve 25 mL susuz toluenden oluĢan çözelti içerisine, hidroksillenmiĢ silisyum yüzeyler ilave edilmiĢ ve argon atmosferinde, 120 °C’de ve 4 saat süre ile reaksiyonun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. Süre sonunda yüzeyler önce toluen içerisinde ultrasonik banyoda bir dakika yıkanmıĢ, ardından sırasıyla toluen, aseton ve etanol içerisinde yıkanarak argon ile kurutulmuĢtur. 6.5.2. Allilamin molekülünün Si-H yüzeyine bağlanması 250,0 mL’lik reaksiyon balonu içerisine 75,0 mL kloroform ve üzerine 2,5 mL (42,3 mmol) allilamin eklenmiĢtir. 3,75 g sodyumbikarbonat, 75,0 mL su içerisinde 41 çözünmüĢ ve reaksiyon balonu içerisine ilave edilmiĢtir. 8,06 g sodyum klorür ve 1-2 mL kloroform içerisinde çözünmüĢ 9,24 g (42,3 mmol) di-ter-bütil dikarbonat reaksiyon balonu içerisine aktarılmıĢtır. Geri soğutucu altında 90 dakika boyunca reaksiyon gerçekleĢtirilmiĢtir. 90 dakika sonunda, su fazı 62,5 mL dietil eter ile iki defa ekstrakte edilmiĢ ve dietil eter fazı toplanarak, susuz magnezyum sülfat ile kurutulmuĢtur. Vakum altında dietil eter uzaklaĢtırılmıĢ, vakum destilasyonu ile saflaĢtırılarak renksiz sıvı t-BOC-allilamin elde edilmiĢtir [Strother ve ark., 2000]. Elde edilen t-BOC-allilamin molekülünün kimyasal yapısının aydınlatılması için öncelikle 1H-NMR ve FT-IR spektrumları alınmıĢtır. t-BOC-allilamin molekülünün Si-H yüzeyine bağlanabilmesi için, Dymax, BlueWave 50 model UV spot lambası kullanılmıĢtır. Hazırlanan Si-H yüzeyler argon atmosferinde kuartz kap içerisine yerleĢtirilmiĢtir. Kuartz kap içerisinde bulunan SiH yüzeyler üzerine 15,0 µL t-BOC-allilamin damlatılmıĢ ve iki saat süreyle UV ıĢık altında bekletilmiĢtir. Ġki saat sonunda, Si-NH-t-BOC yüzeyler öncelikle %25,0’lik trifloroasetik asit (TFA) içerisinde 1 saat yıkanmıĢlar ve ardından 5 dakika %10,0’luk amonyum hidroksit çözeltisi ile yıkanarak argon ile kurutulmuĢlardır. 6.6. Polimer Fırça Sentezi Polimer fırçaların sentezi sırasında üç yöntem kullanılmıĢtır. Yöntemlerin farklılığı, polimer fırçadan önce silisyum yüzeyine RAFT ajanı ve baĢlatıcının farklı yöntemlerle bağlanmasından kaynaklanmaktadır. Bu yöntemlerin ikisi yüzeyden aĢılama olarak adlandırılırken, diğer yöntem yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon olarak adlandırılmaktadır. Bu sebeple, karıĢıklılığa yol açmamak için her bir sentez ayrı baĢlık altında değerlendirilmiĢ ve farklı isimlendirilmiĢtir. Polimer fırçaların sentezi; klik, yüzeyden aĢılama ve yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon baĢlıkları altında incelenmiĢtir. 42 6.6.1. Klik ile PVBTAC fırça sentezi Klik reaksiyonu RAFT ajanı CPADB’nin silisyum disk yüzeyine bağlanması için kullanılmıĢtır. Bu amaçla öncelikle, alkil sonlu CPADB’nin sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Sentez aĢamasının ardından alkil sonlu CPADB, Si-N3 yüzeyine klik reaksiyonu ile bağlanmıĢ ve polimer fırçalar sentezlenmiĢtir. Alkil sonlu CPADB sentezi için, 1,14 g (4,09 mmol) CPADB, 0,78 g (4,09 mmol) N(3-(dimetilamino)propil)-N´-etilkarbodiimit (EDC), 0,50 g (4,09 mmol) 4-(N,Ndimetilamino)piridin (DMAP) üzerine 10,0 mL diklormetan ilave edilmiĢ ve birkaç dakika argon atmosferinde karıĢtırılmıĢtır. Üzerine, 0,50 mL (8,50 mmol) propargil alkol eklenerek 24 saat süre ile oda sıcaklığında reaksiyonun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır [Chang ve ark., 2010; Ranjan ve Brittain, 2007]. Bu süre sonunda elde edilen ürün, bir kaç defa 0,1 M HCl, saf su ve tuzlu su ile yıkanmıĢtır. Yıkamanın ardından elde edilen alkil sonlu CPADB, ileri bir saflaĢtırmaya gerek duyulmadan kullanılmıĢtır. Sentezi gerçekleĢtirilen alkil sonlu CPADB’nin 1H-NMR ve FT-IR ile yapısal karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. 100,0 mL N,N-dimetilformamit içerisine 2,0 g NaN3 ve BPTS bağlı silisyum yüzeyler ilave edilmiĢtir. 80 °C’de ve 18 saat süre ile argon atmosferinde reaksiyon gerçekleĢtirilmiĢtir [Ranjan ve Brittain, 2007]. Reaksiyon sonunda silisyum yüzeyler sırasıyla, N,N-dimetilformamit ve su ile yıkanmıĢ, sonrasında argon ile kurutulmuĢtur. 50,0 mL’lik reaksiyon balonu içerisine 10,0 mL N,N-dimetilformamit ve üzerine 0,30 g alkil sonlu CPADB ilave edilerek argon atmosferinde çözünmesi için birkaç dakika karıĢtırılmıĢtır. Reaksiyon balonu içerisine Si-N3 yüzeyler ilave edilmiĢtir. 0,005 g (0,031 mmol) bakır sülfat penta hidrat ve 0,012 g (0,06 mmol) sodyum askorbat 1,0’er mL su içerisinde çözünerek reaksiyon balonu içerisine aktarılmıĢtır. 50 °C’de ve 24 saat süre ile geri soğutucu altında ve argon atmosferinde reaksiyon gerçekleĢtirilmiĢtir [Ranjan ve Brittain, 2007; Ranjan ve Brittain, 2008]. Reaksiyon 43 sonunda RAFT ajanı bağlı yüzeyler (Si-k-CPADB), N,N-dimetilformamit ve aseton ile yıkanmıĢ, argon ile kurutulmuĢtur. RAFT ajanı bağlı yüzeyler üzerine polimer fırçaların sentezi için, 6,22 g (29,4 mmol) (ar-vinilbenzil)trimetil amonyum klorür ve 34,92 mg (0,12 mmol) CPADB, 28,0 mL asetik asit/sodyum asetat tamponunda (pH=5,0) çözünmüĢtür. BaĢlatıcı olarak; ACPA (7,01 mg, 0,025 mmol) reaksiyon balonu içerisine eklenmiĢ ve 2,0 mL asetik asit/sodyum asetat tamponu ilave edilmiĢtir. Daha sonra Si-k-CPADB bağlı yüzeyler polimerizasyon çözeltisi içerisine yerleĢtirilmiĢtir. Polimerizasyon çözeltisi içeren reaksiyon balonu, sıvı azot içerisine daldırıldıktan sonra vakumlanmıĢtır. Bu iĢlem 3 defa tekrarlanmıĢ ve çözelti ortamından çözünmüĢ oksijenin uzaklaĢması sağlanmıĢtır. Oda sıcaklığına gelen polimerizasyon çözeltisi, argon ortamında 70 °C’de geri soğutucu altında 2 saat süreyle ısıtılarak polimerizasyon gerçekleĢtirilmiĢtir [Mitsukami ve ark., 2001; Vasilieva ve ark., 2004]. Alınan Si-PVBTAC yüzeyler sırasıyla pH=5,0 tamponu ve aseton içerisinde ultrasonik banyoda yıkanmıĢ ve argon ile kurutulmuĢtur. 6.6.2. Yüzeyden aĢılama ile PVBTAC fırça sentezi 2,794 g (10,0 mmol) CPADB ve 1,151 g (10,0 mmol) N-hidroksisüksinimit 20,0 mL diklormetan içerisinde çözünmüĢtür. Çözelti üzerine 2,063 g (10,0 mmol) N,N'disikloheksilkarbodiimit (DCC) ilave edilmiĢ ve oda sıcaklığında, karanlıkta 16 saat karıĢtırılarak reaksiyonun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. Reaksiyon tamamlandıktan sonra beyaz yan ürün süzülüp atılmıĢtır. Süzüntünün çözücüsü döner buharlaĢtırıcı yardımıyla uzaklaĢtırılmıĢ ve katı ürün 4-siyano-4-((tiyobenzoil)sülfanil)pentanoik süksinimit ester (CPSE) elde edilmiĢtir. CPSE’nin yapısal karakterizasyonu 1H-NMR ve FT-IR ile gerçekleĢtirilmiĢtir. 4-siyano-4-((tiyobenzoil)sülfonil) pentanoik süksinimit ester (2,0 g; 5,4 mmol) 20,0 mL kuru diklormetan içerisinde çözünmüĢtür. Amin sonlu silisyum yüzeyler (Si-NH2) bu çözelti içerisine konulmuĢ ve 60 saat süre ile karanlıkta reaksiyonun 44 gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. 60 saat sonunda silisyum diskler çözelti içerisinden alınmıĢtır. Silisyum diskler sırasıyla diklormetan ve aseton içerisinde, ultrasonik banyoda yıkanmıĢ ve argon gazı ile kurutulmuĢtur [Yuan ve ark., 2007]. RAFT ajanı bağlı yüzeyler üzerine polimer fırçaların sentezi Bölüm 6.6.1’de verilmiĢtir. 6.6.3. Yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon ile PVBTAC fırça sentezi Yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon için öncelikle kullanılacak termal baĢlatıcının silisyum disk yüzeyinde olması gerekmektedir. Bu amaçla, hazırlanan Si-NH2 yüzeyler üzerine ACPA baĢlatıcısının immobilizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Azo baĢlatıcının Si-NH2 yüzeyine immobilizasyonu için, 30,0 mL diklormetan, 5,0 g ACPA buz banyosunda bulunan 100,0 mL’lik üç boyunlu reaksiyon balonuna ilave edilmiĢtir. Daha sonra 2,0 mL tiyonil klorür (SOCl2) ilave edilmiĢ ve reaksiyon balonunun ağzı kapatıldıktan sonra oda sıcaklığında 10 saat süre ile karıĢtırılarak reaksiyonun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. Bu sırada açığa çıkan HCl gazı sodyum hidroksit çözeltisinde tutulmuĢtur. 10 saat sonunda diklormetan ve tiyonil klorür oda sıcaklığında döner buharlaĢtırıcı yardımıyla uzaklaĢtırılmıĢ ve sarımsı renkte 4,4'azobis(4-azobispentanoil klorür) (ACPCl) katısı elde edilmiĢtir [Zhai ve ark., 2004]. Daha sonra ürün n-hekzandan kristallendirilmiĢtir. ACPCl’nin öncelikle yapısal karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢ ve bu amaçla 1H-NMR ve FT-IR spektrumları alınmıĢtır. Elde edilen ACPCl katısı üzerine 25,0 mL kuru diklorometan, 1,0 mL piridin ilave edilmiĢ ve hazırlanan bu çözelti içerisine Si-NH2 yüzeyler konulmuĢ ve oda sıcaklığında 10 saat süre ile karıĢtırılarak, reaksiyonun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. Reaksiyon sonunda silisyum yüzeyler, reaksiyon balonu içerisinden alınmıĢ ve sırasıyla; diklormetan, aseton ve etanol ile yıkanarak argon ile kurutulmuĢtur. BaĢlatıcı bağlı yüzeyler üzerine polimer fırçaların sentezi Bölüm 6.6.1’de verilmiĢtir. 45 6.7. Yüzey Karakterizasyonu Hazırlanan yüzeylerin kimyasal karakterizasyonu XPS ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Silisyum disk yüzeyindeki polimer fırçaların yapısal karakterizasyonu için FT-IR spektroskopisi kullanılmıĢtır. Yüzeylerin topolojisi AFM, yüzeylerin hidrofilik/hidrofobik karakteri temas açısı ölçümleri ve yüzeylerin kalınlığı ise Elipsometre kullanılarak belirlenmiĢtir. 6.7.1. X-ıĢınları fotoelektron spektroskopisi (XPS) Hazırlanan silisyum yüzeylerin kimyasal analizi, SPECS ESCA marka Mg/Al çift anotlu XPS sistemi ile Mg Kα uyarılması (hν = 1245 eV) kullanılarak, 10-9 mmHg vakumda yapılmıĢtır. Yüzeylere ait genel tarama ve yüzlere bağlı olarak, O 1s, N 1s, C 1s, S 2p, ve Si 2p kısmi taramaları alınmıĢtır. 6.7.2. Fourier transform infrared (FT-IR) spektrokopisi Sentezlenen kimyasal maddelerin ve hazırlanan yüzeylerin yapısal karakterizasyonu Thermo Nicolet 6700 FT-IR cihazı kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Alkil sonlu CPADB, t-BOC-allilamin, CPSE, ACPCl ve PVBTAC katılarının yapısal karakterizasyonunda ZayıflatılmıĢ Toplam Yansıma (Attenuated Total Reflection, ATR), silisyum yüzeylerin yapısal karakterizasyonunda ise Grazing Angle aksesuarı ile birlikte sıvı azot soğutmalı MCT (mercury-cadmium-tellurium) dedektör kullanılmıĢtır. Silisyum disk yüzeyinde PVBTAC polimer fırçalarının homojen bir kaplama oluĢturup oluĢturmadığı FT-IR spektroskopisi ile belirlenmiĢtir. Bu amaçla 120 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından yıkanıp kurutulan 1x1 cm2 boyutundaki silisyum diskler kullanılmıĢtır. 800 µm çapındaki maske 400 µm’lik adımlarla ilerletilmiĢ ve her bir adımda, 4 cm-1 çözünürlükte 256 tarama ile spektrumlar alınmıĢtır. 46 6.7.3. Elipsometre Elipsometre ölçümleri, DRE, ELX-02C/01R elipsometre cihazı kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Bütün kalınlıklar 532 nm dalga boyunda ve 70°’lik açıyla alınmıĢtır. Her bir yüzey için beĢ ölçüm alınmıĢ ve kalınlıklar ortalama tek değer olarak verilmiĢtir. Yüzey kalınlıklarının hesaplanabilmesi için; Si, SiO2, organik tabaka ve hava olmak üzere dört katmanlı bir model oluĢturulmuĢtur. OluĢturulan bu modelde SiO2 kalınlığı 2,91 nm, kırılma indisleri ise sırasıyla; 3,8650, 1,4605, 1,5000 ve 1,0000 olarak alınmıĢtır. 6.7.4. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) Hazırlanan yüzeylerin yüzey morfolojileri Park System XE-70 sistemi kullanılarak belirlenmiĢtir. Ölçümler, non-kontak modda frekans aralığı 995-1001 kHz olan silisyum kristal yapısındaki iğne sensörler (needle-sensor) kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Yüzey pürüzlülüğünün ölçüsü olan RMS değerleri XEI paket programı yardımıyla otomatik olarak belirlenmiĢtir. 6.7.5. Statik ve dinamik su temas açısı ölçümleri Değme açısı ölçümleri flaĢ kamera aksesuarlı Krüss DSA-100 marka otomatik ganiometre ile yapılmıĢtır. Bütün ölçümler oda sıcaklığında ve silisyum yüzey üzerine 5,0 μL sıvı damlatılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Su temas açıları DSA3 paket program yardımıyla otomatik olarak belirlenmiĢtir. Polimerizasyonun farklı zamanlarında alınan Si-PVBTAC yüzeylerinin su temas açıları ölçümleri ile yüzeyin hidrofilik/hidrofobik karakteri belirlenmiĢtir. Ayrıca histerizi ölçümleri ile yüzeylerin pürüzlülüğü hakkında bilgiler toplanmıĢtır. Katyonik karakter üzerine pH’nın etkisinin belirlenmesi amacıyla, Si-PVBTAC yüzeyler üzerine, pH=2-12 aralığında Britton-Robinson (BR) tamponu damlatılmıĢ ve temas açıları belirlenmiĢtir. BR tamponu; 2,3 mL buzlu asetik asit, 2,7 mL deriĢik fosforik asit ve 2,5 g borik asit karıĢımı saf suda çözünmüĢ ve hacmi 1,0 L’ye tamamlanmıĢtır. Hazırlanan BR 47 tamponunun pH’sı yaklaĢık 2 civarındadır. BR çözeltisinin pH’sı, üzerine sodyum hidroksit (0,2 M) ilavesiyle ayarlanmıĢtır. pH’lar, çeĢitli tampon standartları ile kalibre edilmiĢ pH-metre (Mettler Toledo, Seven Multi) ile belirlenmiĢtir. 6.8. Polimerlerin Mol Kütlesi Tayini Sentezlenen polimerlerin mutlak molekül kütleleri ve mol kütlesi dağılımları, Ultrahydrogel kolon (120, 250, 500 ve 1000 Å, Waters), Wyatt Technology marka, Optilab T-rEX Refraktif indeks dedektör (λ=690 nm) ve çok açılı Dawn Heleos II ıĢık saçılımı dedektörü (λ=658 nm) kullanılarak jel geçirgenlik kromotografisi (GPC) ile belirlenmiĢtir. GPC analizleri, %1 asetik asit/0,1 M Na2SO4 çözücü sisteminde 1 mL/dakika akıĢ hızında ve 25°C’de gerçekleĢtirilmiĢtir. PVBTAC polimerinin % 1 asetik asit/0,1 M Na2SO4 sulu çözeltisi içerisindeki dn/dc (0,172 mL/g) değerleri Optilab T-rEX Refraktif indeks dedektör (λ=690 nm) kullanılarak belirlenmiĢtir. Monomerin % dönüĢümü ise, FT-IR ve gravimetrik yöntemleri kullanılarak belirlenmiĢtir. Bu amaçla, polimerizasyonun baĢlangıcından itibaren her 15 dakikada bir polimerizasyon çözeltisinden alınan 0,1 mL çözeltinin ATR aksesuarı kullanılarak 4 cm-1 çözünürlükte ve 128 tarama ile FT-IR spektrumları alınmıĢtır. Alınan FT-IR spektrumlarında ~3080 cm-1 dalga sayısında gözlenen vinil grubuna ait C-H gerilmesinin, polimerizasyon süresi ile değiĢimi incelenmiĢtir. Polimerizasyonun baĢlangıcında alınan FT-IR spektrumunda, vinil grubuna ait bandın alanı Omnic 7.2 paket programı yardımıyla hesaplanmıĢ ve % dönüĢüm=0 olarak alınmıĢtır. Polimerizasyon süresince farklı sürelerde alınan çözeltilerin, vinil grubuna ait C-H gerilmelerinin alanları paket program yardımıyla hesaplanmıĢ ve polimerizasyon süresi ile monomerin % dönüĢümü belirlenmiĢtir. Gravimetrik olarak % dönüĢümü belirlemek amacıyla, farklı polimerizasyon sürelerinde polimerizasyon durdurulmuĢ, polimer çöktürülmüĢ ve oluĢan polimerin kütlesi belirlenmiĢtir. 48 6.9. Hazırlanan Katyonik Polimer Fırçalara DNA Ġmmobilizasyonu Hazırlanan katyonik yüzeyler üzerine DNA immobilizasyonu için optimum çalıĢma Ģartların belirlenmesi amacıyla, DNA deriĢiminin ve bekletme süresinin DNA immobilizasyonu üzerine etkileri araĢtırılmıĢtır. Bu amaçla öncelikle pH=7,4 trisEDTA tamponu kullanılarak farklı deriĢimlerde DNA çözeltileri hazırlanmıĢ ve 25 °C’de 12 saat süre ile Si-PVBTAC yüzeyler hazırlanan DNA çözeltisi içerisinde bekletilmiĢtir. 12 saat sonunda yüzeyler sırası ile tris-EDTA tamponu ve su yıkanmıĢtır. Bekletme süresinin incelenmesi için, hazırlanan katyonik yüzeyler farklı sürelerde, 0,10 mg/mL deriĢime sahip DNA çözeltisi içerisinde 25 °C’de bekletilmiĢlerdir. DNA çözeltisi içerisinden alınan yüzeyler tris-EDTA ve su ile yıkanmıĢtır. Argon ile kurutulan yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları DRE, ELX02C/01R elipsometre cihazı kullanılarak belirlenmiĢtir. Bütün kalınlıklar 532 nm dalga boyunda ve 70°’lik açıyla alınmıĢtır. BeĢ farklı noktadan alınan ölçümler dört katmanlı bir model ile değerlendirilerek ortalama tek değer olarak verilmiĢtir. TrisEDTA tamponunun kırılma indisi Krüss DR-6300-TF dijital refraktometre kullanılarak belirlenmiĢtir. ÇalıĢmada Cy3 floresans etiketli DNA dizileri Metis Biyoteknoloji Şirketi’nden temin edilmiĢtir. Si-PVBTAC yüzeyler üzerine Cy3 floresans etiketli DNA immobilizasyonu, Olympus BX51 floresans mikroskobu ile incelenmiĢtir. Sistemde ıĢık kaynağı olarak ksenon lamba kullanılmıĢtır. Ölçümler 20X büyütme ile kırmızı filtre kullanılarak karanlıkta alınmıĢtır. 49 7. DENEYSEL BULGULAR VE TARTIġMA Polimer fırçaların sentezinde klik, yüzeyden aĢılama ve yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon olmak üzere üç farklı yöntem kullanılmıĢtır. Her üç yöntem; organik tek tabakaların hazırlanması, RAFT ajanı veya baĢlatıcının tek tabakalar üzerine immobilizasyonu ve polimer fırçaların sentezi basamaklarını içermektedir. Öncelikle RAFT ajanı CPADB sentezlenmiĢtir. Si-OH ve Si-H yüzeyler üzerine BPTS ve allilamin molekülleri bağlanarak, organik tek tabakalar oluĢturulmuĢtur. Hazırlanan organik tek tabakalar üzerine, RAFT ajanı ve baĢlatıcının doğrudan bağlanması mümkün değildir. Bu nedenle RAFT ajanı ve baĢlatıcının Si-N3 ve Si-NH2 yüzeyler üzerine bağlayabilmek amacıyla; klik, yüzeyden aĢılama ve yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon yöntemleri için sırası ile propargil alkol, N-hidroksisüksin imit ve tiyonilklorür ile modifiye edilmiĢ ve yüzeyler üzerine RAFT ajanı ve baĢlatıcının bağlanması sağlanmıĢtır. Hazırlanan yüzeyler üzerinde polimer fırçaların sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Polimer fırçaların sentezi esnasında çözeltiden alınan polimerlerin mol kütleleri ve mol kütlesi dağılımları belirlenmiĢtir. Mol kütlesi ve elipsometrik kalınlıklar yardımıyla hazırlanan polimer fırçaların yüzey deriĢimleri ve bağlanma yoğunlukları belirlenerek, yüzeylerin kantitatif analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Monomerin % dönüĢümü, FT-IR ve gravimetrik yöntemler ile belirlenmiĢtir. Hazırlanan katyonik polimer fırçaların üzerine, DNA adsorpsiyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Adsorpsiyona, DNA deriĢimi ve bekletme süresi etkisi incelenmiĢtir. 7.1. RAFT Ajanının Sentezi ve Karakterizasyonu Ayrılma-katılma mekanizması ile yürüyen RAFT yöntemi kontrollü/yaĢayan polimerizasyon yöntemlerinin en son rapor edilenidir. BaĢarılı bir RAFT polimerizasyonunun anahtarı uygun RAFT ajanının seçilmesidir. Bu genellikle bir 50 ditiyoesterdir. Karboksimetil ditiyobenzoat’ın dıĢındaki RAFT ajanları ticari olarak elde edilemezler. Bu çalıĢmada, RAFT ajanının yüzeye bağlanabilmesi için karboksilik asit uç gruplu CPADB kullanılmıĢ ve sentezlenen CPADB’nin yapısal karakterizasyonu, 1 H-NMR ve FT-IR spektroskopisi ile gerçekleĢtirilmiĢtir. CPADB’ın sentezi ġekil 7.1’de verilmiĢtir. ġekil 7.1. CPADB’nin sentezi CPADB’nin CDCl3 içerisinde alınan 1 H-NMR spektrumunda, δ 10,2 ppm’de karboksilik asit grubuna ait tek protonluk tekli pik, δ 7,9 ppm’de orto protonlarına ait iki protonluk ikili pik, δ 7,6 ppm’de para protonuna ait tek protonluk üçlü pik, δ 7,4 ppm’de meta protonlarına ait iki protonluk üçlü pik, δ 2,8-2,3 ppm aralığında -CH2 gruplarına ait dört protonluk çoklu pik ve δ 1,9 ppm’de -CH3 grubuna ait üç protonluk tekli pik görülmektedir (ġekil 7.2). Sentezlenen CPADB’nin FT-IR spektrumu ġekil 7.3’de verilmiĢtir. 1040 cm-1’de C=S gerilmesi, 1706 cm-1’de ise asit karbonil grubuna ait gerilme bantları gözlenmiĢtir. Karboksilik aside ait O-H gerilmesi 3400-3100 cm-1 aralığında geniĢ bir bant olarak gözlenmiĢtir. 3040 cm-1 civarında aromatik C-H gerilmelerine ait bantlar görülmektedir. -CN grubuna ait bant ise 2234 cm-1’de gözlenmiĢtir. 51 ġekil 7.2. CPADB’nin 1H-NMR spektrumu ġekil 7.3. CPADB’nin FT-IR spektrumu CPADB’ye ait 1H-NMR ve FT-IR spektrumları değerlendirildiğinde, literatürde yer alan CPADB’nin 1H-NMR ve FT-IR spektrumları ile uyumlu olduğu ve deneysel 52 çalıĢmalarda kullanılacak RAFT ajanı sentezinin gerçekleĢtirildiği belirlenmiĢtir [Albertin ve ark., 2004; Mitsukami ve ark., 2001; Peng ve ark., 2007]. 7.2. Organik Tek Tabakaların Hazırlanması ve Karakterizasyonu Si-OH ve Si-H yüzeyler üzerine BPTS ve allilamin molekülünün bağlanması ile iki farklı organik tek tabaka hazırlanmıĢtır. RAFT ajanının klik reaksiyonu ile organik tek tabaka üzerine bağlanabilmesi için, öncelikle Si-OH yüzeyler üzerine BPTS molekülünün bağlanması ile Si-Br yüzeyler hazırlanmıĢtır. Organosilan tipi moleküller, Si-OH yüzey üzerine kovalent olarak kolaylıkla bağlanabilmektedir [Demirci ve Çaykara, 2010]. Hazırlanan Si-Br yüzeyin sodyum azid ile reaksiyonu sonucunda Si-N3 yüzeyler oluĢturulmuĢtur. Organik tek tabakaların hazırlanmasında organosilan tipi moleküller tercih edilmesine karĢın, oluĢan Si-O bağı hidrolize karĢı duyarlı ve termal olarak kararsızdır [Sieval ve ark., 1998]. Bu nedenle son yıllarda silisyum yüzeyine kovalent bağlı alkil tek tabakalar kullanılmaktadır. 1-alken, Si-H yüzeyine termal ya da UV yardımıyla kolaylıkla bağlanarak kararlı Si-C bağı oluĢturulabilmektedir [Sieval ve ark., 1998; Sieval ve ark., 2001; Strother ve ark., 2000; Tian ve Zhi, 2006; Zhuang ve ark., 2009]. Yüzeyden aĢılama ve yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon teknikleri ile polimer fırçaların sentezi için amin sonlu yüzeylerin (Si-NH2) hazırlanmasında UV tekniği kullanılmıĢtır. Bu yüzeyler için öncelikle Si-H yüzeyler oluĢturulmuĢ ve amin ucu korunmuĢ allilamin molekülünün UV ile Si-H yüzeye bağlanması sağlanmıĢtır. Daha sonra koruyucu grup yüzeyden uzaklaĢtırılarak Si-NH2 yüzeyler elde edilmiĢtir. SiN3 ve Si-NH2 yüzeylerin hazırlanması ġekil 7.4’de verilmiĢtir. ġekil 7.4. Si-N3 ve Si-NH2 yüzeylerin hazırlanması 53 54 Bu bölümde, öncelikle UV ile Si-H yüzeyine bağlanması planlanan t-bütoksikarbonil korumalı allilamin molekülünün 1 H-NMR ve FT-IR ile karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlanacak yüzeylerin her aĢamada karakterizasyonu gerçekleĢtirilerek, yüzeyde bulunması muhtemel atom ve gruplar belirlenmiĢtir. Ayrıca, yüzeyin morfolojisi ve hidrofilik/hidrofobik karakterleri de araĢtırılmıĢtır. 7.2.1. t-Bütoksikarbonil korumalı allilamin molekülünün sentezi ve karakterizasyonu Allilamin molekülü, UV ile yüzeye doğrudan bağlanamaz. UV ile amin sonlu yüzeylerin hazırlanabilmesi için alken molekülünün sahip olduğu amin ucunun korunması gereklidir [Boukherroub ve ark., 1999; Liu ve ark., 2004; Sieval ve ark., 1998; Sieval ve ark., 2001; Strother ve ark., 2000; Strother ve ark., 2002]. Bu amaçla, allilamin molekülü, di-ter-bütil dikarbonat (di-t-bdc) ile reaksiyona sokulmuĢ ve t-bütoksikarbonil korumalı allilamin (t-BOC-allilamin) molekülü sentezlenmiĢtir (ġekil 7.5). ġekil 7.5. t-BOC-allilamin sentezi t-BOC-allilamin molekülüne ait 1H-NMR spektrumu ġekil 7.6’da görülmektedir. CDCl3 içerisinde alınan t-BOC-allilamin molekülünün 1 H-NMR spektrumu incelendiğinde, allilik protonlar sırasıyla δ 5,2 ve δ 5,8 ppm’de, -CH2 grubuna ait protonlar ise δ 4,2 ppm’de gözlenmiĢtir. Ġkincil amine ait tek proton δ 7,9 ppm’de tekli pik ve özdeĢ üç metil grubuna ait dokuz proton ise δ 1,38 ppm’de tekli pik olarak gözlenmiĢtir. 55 ġekil 7.6. t-BOC-allilamin molekülüne ait 1H-NMR spektrumu ġekil 7.7. t-BOC-allilamin molekülüne ait FT-IR spektrumu 56 t-BOC-allilamin molekülüne ait FT-IR spektrumu ġekil 7.7’de verilmiĢtir. t-BOC-allilamin molekülüne ait FT-IR spektrumu incelendiğinde, 3276 cm-1’de -NH gerilmesine ait bant gözlenmiĢtir. Ayrıca, vinil grubuna ait asimetrik ve simetrik -C-H gerilmeleri 3072 cm-1’de, C=C gerilmesine ait bant ise 1650 cm-1’de omuz Ģeklinde, 1705 cm-1’de amit I ve 1668 cm-1’de amit II bantları gözlenmiĢtir. 1 H NMR ve FT-IR spektrumları incelendiğinde, UV ile yüzeye bağlanması planlanan t-BOC-allilamin molekülünün sentezinin gerçekleĢtirildiği belirlenmiĢtir. 7.2.2. Organik tek tabakaların XPS ile karakterizasyonu XPS spektrumları, Si-OH, Si-Br, Si-N3, Si-H, Si-NH-t-BOC, Si-NH+3 ve Si-NH2 yüzeyler için 800-0 eV bağlanma enerjisi aralığında genel tarama ve yüzeyde bulunması muhtemel N 1s, C 1s, Si 2p ve Br 3d bölgeleri için kısmi tarama olarak alınmıĢtır. ġekil 7.8.a incelendiğinde, hidroksillenmiĢ yüzey üzerinde O 1s, C 1s, Si 2s ve Si 2p piklerinin varlığı belirlenmiĢtir. O 1s piki, yüzeyin aĢındırılması sırasında meydana gelen oksit tabakasından kaynaklanmaktadır. Ayrıca Si-OH yüzey üzerinde, düĢük miktarda C 1s pikinin varlığı belirlenmiĢtir. C 1s pikinin varlığı, atmosferden adsorblanan ya da yüzeyin aĢındırılması sırasında oluĢtuğu düĢünülen organik kirlilikten kaynaklanabilir [Satyanarayana ve Sinha, 2005; Yuan ve vanOoij, 1997]. Si-OH yüzey üzerine BPTS molekülünün bağlanması ile oluĢan Si-Br yüzeyine ait XPS spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.8.b), C 1s pikinin Ģiddetinin arttığı ayrıca 188,0 eV ve 70,0 eV bağlanma enerjilerinde sırasıyla Br 3p ve Br 3d piklerinin varlığı belirlenmiĢtir [Balamurugan ve ark., 2010; Li ve Ruckenstein, 2002]. ġekil 7.8.c’de ise Si-N3 yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu görülmektedir. Si-Br’den farklı olarak Br 3p ve Br 3d pikinin kaybolduğu ve N 1s pikinin oluĢtuğu gözlenmiĢtir [Balamurugan ve ark., 2010]. 57 ġekil 7.8. a) Si-OH, b) Si-Br ve c) Si-N3 yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları Hazırlanan Si-H yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.9.a), Si(111) yüzeyine ait Si 2s ve Si 2p pikleri ile beraber, O 1s ve C 1s piklerinin varlığı gözlenmiĢtir [Strother ve ark., 2002; Tian ve ark., 2006]. O 1s ve C 1s piklerinin varlığı XPS analizi öncesi atmosferden adsorblanan ya da yüzeylerin hazırlanması sırasında meydana gelmiĢ organik kirliliklerden kaynaklanabilir. 58 ġekil 7.9. a) Si-H, b) Si-NH-t-BOC, c) Si-NH3+ ve d) Si-NH2 yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları Si-NH-t-BOC yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu ġekil 7.9.b’de verilmiĢtir. XPS genel tarama spektrumu incelendiğinde O 1s, N 1s, C 1s, Si 2s ve Si 2p pikleri sırasıyla 532,3 eV, 400,0 eV, 285,0 eV, 149,7 eV ve 99,8 eV bağlanma enerjilerinde gözlenmiĢtir. Si-NH+3 yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu incelendiğinde, 59 t-BOC grubunun ayrılması sebebiyle C 1s pikinin Ģiddetinin düĢtüğü belirlenmiĢtir. Si-NH2 yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu ġekil 7.9.c’de verilmiĢtir. Spektrum incelendiğinde Si-NH+3 yüzeyleri ile benzer Ģekilde C 1s, N 1s, Si 2s ve Si 2p pikleri gözlenmiĢtir [Tian ve ark., 2006]. ġekil 7.10 incelendiğinde, Si-OH yüzeyine ait Si 2p bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, bağlanma enerjileri 99,8 eV (Si-Si) ve 103,5 eV (Si-O)’da kimyasal çevreleri farklı iki silisyum atomu belirlenmiĢtir. Si-H yüzeyine ait XPS kısmi tarama spektrumunda ise, 99,9 eV (Si-Si) bağlanma enerjisine sahip Si 2p piki gözlenirken, 101-107 eV bağlanma enerjisi bölgesinde herhangi bir pik gözlenmemiĢtir. Bu durum Si-OH ve Si-H yüzeylerinin, literatürle uyumlu bir Ģekilde hazırlandığını göstermektedir [Xu ve ark., 2004; Xu ve ark., 2004]. ġekil 7.10. a) Si-OH ve b) Si-H yüzeylerinin Si 2p bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.11’de Si-Br ve Si-N3 yüzeylerine ait N 1s, C 1s ve Br 3d bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumu görülmektedir. Teorik yaklaĢımlarla Si-Br yüzeyinde, 285,4 eV (C-Br) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjisi değerlerinde kimyasal çevreleri farklı C 1s pikleri gözlenmiĢtir. Ayrıca Br 3d bağlanma enerjisi bölgesinde 72,0 eV’da Br 3d3/2 ve 71,1 eV’da Br 3d5/2 piklerinin varlığı belirlenmiĢtir [Rieke ve ark., 1993]. Yüzeye bağlı BPTS molekülünde, karbon/brom 60 (C/Br) oranının beklenen teorik değeri (C/Br=3,0) ile deneysel sonuç (C/Br=3,3) karĢılaĢtırıldığında, deneysel sonuçların teorik değerlerden çok az miktarda farklı olduğu görülmüĢtür. Bu durumun, atmosferik gazlar ve organik kirliliklerden kaynaklanabileceği literatürde yer alan çalıĢmalarda da belirtilmektedir [Gürbüz ve ark., 2011]. ġekil 7.11. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerinin N 1s, C 1s ve Br 3d bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları 61 Si-N3 yüzeyinde ait N 1s kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, azid gruplarına ait iki pik gözlenmiĢtir. Bağlanma enerjileri, elektron eksikliği olan azot atomu için 404,5 eV ve diğer azot atomları için ise 401,8 eV olarak belirlenmiĢtir [Al-Bataineh ve ark., 2006; Balamurugan ve ark., 2010; Collman ve ark., 2006; Goldmann ve ark., 2009; Haensch ve ark., 2008; London ve ark., 2009; Prakash ve ark., 2007]. Azid grubunda yer alan azot atomlarının oranı N/N+=2,0 olmasına rağmen, deneysel sonuçların N/N+=2,1 olduğu belirlenmiĢtir. Elektron eksikliği bulunan azot atomunun XPS analizi sırasında bozulabildiği ve bu sebeple teorik ve deneysel sonuçlar arasında fark olduğu bilinmektedir [Prakash ve ark., 2007]. C 1s bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde 286,2 eV (C-N) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde iki farklı kimyasal çevreye sahip C 1s pikinin varlığı belirlenmiĢtir. Atmosforik gazlar ve organik kirlilikler nedeniyle C/N oranının beklenenden (C/N=1,0) daha düĢük çıktığı (C/N=0,9) görülmüĢtür. Si-OH, Si-Br ve Si-N3 yüzeylerine ait atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri Çizelge 7.1’de toplu olarak verilmiĢtir. t-BOC allilamin molekülü Si-H yüzeyine bağlanması ile Si-NH-t-BOC yüzeyler hazırlanmıĢtır. Hazırlanan yüzeylerin %25’lik TFA ile yıkanması sonucu Si-NH+3 ve bir sonraki basamakta %10’luk NH4OH ile muamele edilerek Si-NH2 yüzeyler elde edilmiĢtir. Üç basamakta elde edilen her bir yüzeyin N 1s ve C 1s bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.12’de verilmiĢtir. Si-NH-t-BOC ait C 1s spektrumu incelendiğinde, 289,2 eV (C=O), 286,9 eV (C-O), 286,1 eV (C-N) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde kimyasal çevreleri farklı dört pik gözlenmiĢtir. Ayrıca Si-NH-t-BOC yüzeyine ait N 1s spektrumu incelendiğinde 400,1 eV bağlanma enerjisinde ikincil amin (NH) grubunda yer alan tek bir azot piki gözlenmiĢtir. Si-NH-t-BOC yüzeyinin XPS analizleri sonucunda C/N oranı, teorik değerden (C/N=8,0) daha yüksek olduğu belirlenmiĢtir (C/N=9,2). Bu durum yüzeylerin hazırlanması sırasında meydana gelmiĢ organik kirlilikten olabilir. 62 ġekil 7.12. a) Si-NH-t-BOC, b) Si-NH3+ ve c) Si-NH2 yüzeylerinin N 1s ve C 1s bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları 63 Si-NH+3 yüzeyine ait ve N 1s ve C 1s bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.12.b’de verilmiĢtir. Spektrum incelendiğinde; 286,2 eV (C-N) ve 285,0 eV (C-C/C-H)’da kimyasal çevresi farklı iki C 1s piki gözlenmiĢtir. N 1s bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumunda ise 401,9 eV’da NH+3 ve 400,0 eV NH2 gruplarında yer alan azot atomlarına ait iki pik gözlenmiĢtir. Si-NH2 yüzeyine ait XPS kısmi tarama spektrumları incelendiğinde (ġekil 7.12.c), C 1s bağlanma bölgesinde 286,2 eV (C-N) ve 285,0 eV (C-C/C-H)’da farklı kimyasal çevreye sahip karbon pikleri gözlenmiĢtir. N 1s bağlanma enerjisi bölgesinde ise, Si-NH+3 yüzeyinden farklı olarak 400,0 eV bağlanma enerjisinde amin (NH2) grubunda yer alan azot atomu için tek bir pik gözlenmiĢtir. Bu durum %10’luk NH4OH ile yıkanmasının ardından NH+3 grubunun proton kaybederek -NH2’ye dönüĢtüğünü göstermektedir. Ancak Si-NH+3 ve Si-NH2 yüzeylerine ait C 1s kısmi tarama spektrumlarında 289,2 eV ve 286,9 eV bağlanma enerjilerinde gözlenen omuz, t-BOC grubunun tam olarak ayrılmadığını göstermektedir. Si-NH+3 ve Si-NH2 yüzeylerine ait C/N aronları sırası ile; 2,9 ve 3,1 olarak belirlenmiĢtir. Deneysel C/N oranlarının beklenen (C/N=3,0) değerden farklı olması, t-BOC molekülünün yüzeyden tamamen ayrılmamasından kaynaklanabilir. Si-H, Si-NH-t-BOC, Si-NH+3 ve Si-NH2 yüzeylerine ait atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri Çizelge 7.1’de toplu olarak verilmiĢtir. Strother ve arkadaĢları tarafından gerçekleĢtirilen bir çalıĢmada, hidrojen sonlu Si(100) yüzey üzerine, t-BOC korumalı 10-aminodek-1-ene molekülü UV ile bağlanmıĢtır. ÇalıĢmada, her bir basamakta yüzeylerin N 1s ve C 1s bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumlarını inceleyerek bulunması muhtemel grupları belirlemiĢlerdir. Ayrıca yapılan çalıĢma sonucunda t-BOC grubunun tam olarak ayrılmadığı XPS spektrumları ile kanıtlanmıĢtır [Strother ve ark., 2000]. Çizelge 7.1. Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC, Si-NH3+ ve Si-NH2 yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri O 1s N 1s Yüzey Si-Br Bağlanma Enerjisi (eV) - N= N= N N/NH3+ C-N C=O C-O C-N C-Br C-C/ C-H Si-O 532,7 - - - - - - - 285,4 285,0 103,4 40,5 532,7 Atomik DeriĢim (%) Si-NH-t-BOC Bağlanma Enerjisi (eV) - - 404,5 532,2 Atomik DeriĢim (%) 401,8 - - - - - - - 400,1 289,2 286,9 - 401,9 - 285,0 103,4 286,1 400,0 - - 286,2 400,0 - - 286,2 64,7 99,3 72,0 99,2 - 285,0 - 99,3 - 285,0 - 99,3 - 285,0 - 99,2 14,1 - - 13,5 - - 11,2 - 71,1 10,8 12,2 64,6 - 21,2 - 65,1 21,9 - 286,2 Br 3d Br Si-Si Br 3d3/2 3d5/2 13,5 26,3 7,1 Atomik DeriĢim (%) Si-NH2 Bağlanma Enerjisi (eV) 35,2 29,0 16,6 - - - 32,5 Atomik DeriĢim (%) Si NH Bağlanma Enerjisi (eV) Si 2p C=O Atomik DeriĢim (%) Si-N3 Bağlanma Enerjisi (eV) C 1s Si-O + - - - 64 65 Yüzeylerin XPS ile yapılan karakterizasyonu sonucunda, gerek yüzeylerdeki atomların dağılımlarının spektrumların teorik değiĢimi, gerekse değerlendirmeleri, kısmi yüzeye taramalarla bağlanmanın elde edilen gerçekleĢtiğini göstermiĢ ve her bir yüzeyde bulunması muhtemel atom ve bağ yapıları, literatür ile uyumlu bir Ģekilde belirlenmiĢtir. 7.2.3. Organik tek tabakaların FT-IR ile karakterizasyonu Si-Br, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları 4000-800 cm-1 aralığında alınmıĢtır. Si-Br yüzeylerin FT-IR spektrumu incelendiğinde ~2960 cm1 ’de -CH2 gruplarına ait C-H simetrik ve asimetrik gerilmeler, 1087 cm-1’de ise Si-O- C gerilmeleri gözlenmiĢtir (ġekil 7.13.a). Si-N3 yüzeyine ait FT-IR spektrumu incelendiğinde ise Si-Br yüzeyine benzer Ģekilde ~2960 cm-1’de CH2 gruplarına ait simetrik ve asimetrik C-H gerilmeleri gözlenmiĢtir. Ayrıca 2123 cm-1’de - N N = N gerilmesine ait bant gözlenmiĢtir (ġekil 7.13.b) [Balamurugan ve ark., 2010; Crescenzi ve ark., 2007; Ergin ve ark., 2007; Lee ve ark., 2007]. ġekil 7.13. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları 66 ġekil 7.14. a) Si-NH-t-BOC ve b) Si-NH2 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ġekil 7.14’de verilmiĢtir. 1712 cm-1’de amit I ve 1666 cm-1’de amit II bantları, ayrıca 3277 cm-1 dalga sayısında -NH gerilmesi gözlenmiĢtir (ġekil 7.14.a). Si-NH-t-BOC yüzeyinin sırası ile TFA ve NH4OH ile yıkanmasının ardından elde edilen Si-NH2 yüzeyinin FT-IR spektrumu incelendiğinde, amit I ve amit II bantlarının kaybolduğu belirlenmiĢtir. Bununla beraber -NH2 gerilmesi, 3364-3284 cm-1 aralığında ikili pik olarak gözlenmiĢtir. Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerinin FT-IR ile yapılan karakterizasyonu sonucu, yüzeyde bulunması muhtemel fonksiyonel grupların varlığı belirlenmiĢtir. 7.2.4. Organik tek tabakaların elipsometre ile karakterizasyonu Hazırlanan yüzeylerin kalınlıkları elipsometre cihazı kullanılarak belirlenmiĢtir. SiBr, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeyleri üzerinden en az beĢ farklı noktadan alınan ölçümler, dört faz (Si/SiO2/organik tabaka/hava) olarak modellenen sistem için değerlendirilmiĢtir. OluĢturulan dört fazlı model içerisinde yüzey pürüzlülüğü dikkate alınmamıĢtır. Yüzey pürüzlülüğünün dikkate alınmamasından dolayı 67 elipsometri ile belirlenen kalınlıklar gerçek kalınlık olmayıp, etkin kalınlık olarak verilebilir. Elipsometri ölçüm sonuçları Çizelge 7.2’de verilmiĢtir. Çizelge 7.2 incelendiğinde Si-Br yüzeyinin kalınlığı 0,7±0,3 nm olarak verilmiĢtir. Si-NH-t-BOC yüzeyine ait elipsometrik kalınlık değeri 1,1±0,4 nm olarak hesaplanmıĢtır. Si-NH2 yüzeyinin kalınlığı, ayrılan grup sonrası 0,6±0,3 nm olarak belirlenmiĢtir. Si-Br ve Si-NH2 yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları incelendiğinde, Si-H yüzeyine Si-C bağının meydana gelmesiyle hazırlanan Si-NH2 yüzeyinin kalınlığının, Si-Br’ye göre daha düĢük olduğu belirlenmiĢtir. Çizelge 7.2. Si-Br, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıklar Yüzey Elipsometrik Kalınlık (nm) Teorik Kalınlık (nm) Si-Br 0,7±0,3 0,588 Si-N3 0,9±0,3 0,778 Si-NH-t-BOC 1,1±0,4 0,898 Si-NH2 0,6±0,3 0,539 Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait teorik moleküler uzunluklar ChemDraw Ultra 10.0 paket programı ile hesaplanmıĢtır. Bahsedilen yüzeylere ait elipsometrik kalınlık değerlerinin, beklenen teorik kalınlıklardan daha yüksek olduğu Çizelge 7.2’de görülmektedir. Bu sonuç, elipsometrik kalınlıkların hesaplanmasında oluĢturulan dört tabakalı modelde, yüzey pürüzlülüğünün dikkate alınmamasından kaynaklanıyor olabilir. Ancak Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait elipsometrik kalınlık değerleri yüzeylere bağlanan moleküllerin teorik kalınlıklarının iki katından daha düĢüktür. Bu sonuç hazırlanan yüzeylerin tekli tabaklar Ģeklinde oluĢtuğunu göstermektedir. 68 7.2.5. Organik tek tabakaların AFM ile karakterizasyonu Hidroksil ve hidrojen sonlu yüzeylerin hazırlanmasında çeĢitli teknikler literatürde yer almaktadır [Furukawa ve ark., 2009; Liu ve ark., 2004; Maas ve ark., 2003; Miller ve Brown, 1996]. Bu teknikler içerisinde, hazırlanması planlanan yüzeyleri elde etmenin yanı sıra yüzey pürüzlülüğünü mümkün olduğu kadar düĢük tutmak için en uygun yöntem kullanılmıĢtır. ġekil 7.15’de Si-OH ve Si-H yüzeylerine ait iki ve üç boyutlu AFM görüntüleri yer almaktadır. Si-OH ve Si-H yüzeyleri için yüzey pürüzlülüğünün ölçüsü olan RMS değerleri sırasıyla 0,32 nm ve 0,37 nm olarak belirlenmiĢtir. Bu durum, yüzeylerin oldukça düĢük pürüzlülüğe sahip olduğunu göstermektedir. ġekil 7.15. a) Si-OH ve b) Si-H yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri 69 BPTS bağlı yüzeyin iki ve üç boyutlu AFM görüntüsü incelendiğinde, yüzey morfolojisinin hidroksillenmiĢ yüzeye göre değiĢtiği gözlenmiĢtir. Ayrıca Si-Br yüzeye ait RMS değerinin, hidroksillenmiĢ yüzeye göre arttığı görülmüĢtür. Si-Br yüzeyinin RMS değeri 0,49 nm, Si-N3 yüzeyinin RMS değeri ise 0,59 nm olarak belirlenmiĢtir (ġekil 7.16). ġekil 7.16. a) Si-Br ve b) Si-N3 yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylere ait AFM görüntüleri incelendiğinde, homojen bir bağlanma ve yüzeylere ait bağlanma yoğunluklarının oldukça yüksek olduğu görülmektedir. Si-NH-t-BOC yüzeyinin yüzey morfolojisinin Si-H yüzeyine göre değiĢtiği gözlenmiĢtir. Si-NH2 yüzeyinin RMS değeri 0,39 nm olarak belirlenmiĢtir (ġekil 7.17). 70 ġekil 7.17. a) Si-NH-t-BOC ve b) Si-NH2 yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri Si-Br ve Si-NH2 yüzeyleri karĢılaĢtırıldığında, Si-NH2 yüzeylerinin RMS değerlerinin daha düĢük olduğu ve bağlanma yoğunluğunun daha yüksek olduğu AFM görüntülerinde görülmektedir. 7.2.6. Organik tek tabakaların temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu Hazırlanan her bir yüzeyin hidrofilik-hidrofobik karakterinin belirlenmesi amacıyla yüzeylerin statik su temas açısı ölçümleri alınmıĢ, ayrıca yüzey pürüzlülüğü hakkında bilgi veren histerizi analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Yüzeylere ait statik su temas açısı ile yüzey üzerinde oluĢan damlalara ait görüntüler ve histerizi değerleri Çizelge 7.3’de verilmiĢtir. 71 HidroksillenmiĢ yüzeyin su temas açısı, yüzeyin hidrofilik karakterinden dolayı 15°’den düĢük olması gerekmektedir [Kulkarni ve ark., 2005; Turan ve ark., 2010]. HidroksillenmiĢ yüzeylere ait statik su temas açısı değeri 2,4±0,3° olarak belirlenmiĢtir. Bu değer hidroksillenmiĢ silisyum yüzeyler ile yapılan çalıĢma sonuçları ile de uyumludur. Çizelge 7.3. Si-OH, Si-Br, Si-N3, Si-H, Si-NH-t-BOC, Si-NH3+ ve Si-NH2 yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri Yüzey Temas açısı (°) Si-OH 2,4±0,3 - Si-Br 56,4±0,7 14,3 Si-N3 49,7±0,5 16,6 Si-H 78,0±0,3 8,5 Si-NH-t-BOC 76,3±0,7 13,9 Si-NH+3 49,6±0,5 15,6 Si-NH2 57,7±0,9 11,8 Damla Histerizi (°) 72 Si-Br yüzeyine ait temas açısı değeri 56,4±0,7° olarak Çizelge 7.3’de verilmiĢtir. Li ve Ruckenstein cam yüzeyine BPTS molekülünü bağlayarak elde ettikleri yüzeyin temas açısını, 53° olarak belirlemiĢlerdir [Li ve Ruckenstein, 2002]. Prakash ve arkadaĢları tarafından yapılan bir çalıĢmada, 11-bromoundesiltriklorosilan molekülünü cam yüzeyine bağlayarak elde ettikleri brom sonlu yüzeyin temas açısını 85° olarak belirlemiĢlerdir [Prakash ve ark., 2007]. Ancak, BPTS ile 11-bromo undesiltriklorosilan molekülleri karĢılaĢtırıldığında, -CH2 gruplarının sayısının artması ile hidrofobik karakterin arttığı ve temas açısının 53°’den 85°’ye çıktığı söylenebilir. Si-Br yüzeyinin NaN3 ile reaksiyonu sonucunda elde edilen Si-N3 yüzeyine ait temas açısı 49,7±0,5° olarak Çizelge 7.3’de verilmiĢtir. Si-N3 yüzeyi ile Si-Br yüzeyine ait temas açıları karĢılaĢtırıldığında, Si-N3 yüzeyinin temas açısının düĢtüğü ve Si-Br yüzeyine göre daha yüksek hidrofilik karakter gösterdiği belirlenmiĢtir. Li ve Ruckenstein ile Prakash ve arkadaĢları tarafından yapılan çalıĢmalar incelendiğinde, brom sonlu yüzeyin NaN3 ile reaksiyonu sonucunda oluĢan yüzeyin temas açısının düĢtüğü belirlenmiĢtir [Faucheux ve ark., 2004; Li ve Ruckenstein, 2002; Prakash ve ark., 2007]. Si-H yüzeyine ait statik su temas açısı değeri 78,0±0,3° olarak belirlenmiĢtir. Bu değer, literatürde yer alan Si-H yüzeyler ile yapılan çalıĢma sonuçları ile uyumludur [Asanuma ve ark., 2005; Xu ve ark., 2004]. Si-NH-t-BOC yüzeyinin temas açısı 76,3±0,7° olarak belirlenmiĢtir. TFA ile yıkanmasının ardından, t-BOC grubunun ayrılması ile oluĢan yüzeyin temas açısı 49,6±0,5°’ye düĢmüĢtür. Strother ve arkadaĢları tarafından yapılan çalıĢmada, amin ucunun korunması için benzer Ģekilde ter-bütil dikarbonat kullanmıĢlardır. Koruyucu grubun varlığında ve koruyucu grubun TFA ile yıkanarak ayrılmasının ardından temas açısı değerleri sırası ile 78,1° ve 55,4° olarak belirlenmiĢtir [Strother ve ark., 2000]. Elde edilen Si-NH2 yüzeyinin temas açısı 57,7±0,9° olarak belirlenmiĢtir. Amin sonlu yüzeylere ait temas açısı değerlerinin çeĢitli çalıĢmalarda 42° ile 72° arasında 73 değiĢtiği gözlenmiĢtir [Petri ve ark., 1999; Wang ve ark., 2005]. Temas açısı ölçümleri ile Si-Br ve Si-NH2 yüzeylerinin yakın hidrofilik karakterlere sahip oldukları belirlenmiĢtir. Ġleri ve geri yöndeki temas açıları arasındaki fark (θh= θa - θr) pürüzlülüğün bir ölçüsü olan histeriziyi verir [Good, 1952]. Histerizi yüzeyin mikro seviyedeki yapısına bağlıdır [Hennig ve ark., 2004; Timmons ve Zisman, 1966]. Su temas açısı, yüzeyin kimyasal bileĢimine ve pürüzlülüğüne oldukça duyarlıdır [Schwartz ve Garoff, 1985]. Homojen yüzeylerin ileri ve geri yöndeki temas açıları birbirine eĢittir ve histerizi sıfırdır. Pürüzlülük arttıkça histerizi değeride artmaktadır. Çizelge 7.3’de Si-OH, Si-Br, Si-N3, Si-H, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait histerizi değerleri verilmiĢtir. Si-H yüzey histerizi değeri 8,5° olarak belirlenmiĢtir. Si-H yüzeyine bağlanması ile oluĢan Si-NH-t-BOC yüzeyinin histerizi değeri ise 13,9°’dir. Si-NH-t-BOC yüzeyine ait histerizi değeri, artan pürüzlülük nedeniyle Si-H yüzeyine göre daha yüksektir. Si-NH2 yüzeyine ait histerizi değerinin, Si-Br yüzeyine ait histerizi değerinden daha düĢük olduğu belirlenmiĢtir. Bu durum Si-NH2 yüzeylerinin Si-Br yüzeyine göre daha homojen ve yüzey pürüzlülüğünün daha az olduğunu iĢaret etmekte ve AFM sonuçlarını desteklemektedir. UV ile hazırlanan yüzeylerin kendiliğinden düzenlenen tek tabakalar ile karĢılaĢtırıldığında daha homojen ve yüzey pürüzlülüğünün daha düĢük olduğu çalıĢmalar literatürde yer almaktadır. 7.2.7. Organik tek tabakaların kantitatif analizi Elipsometrik kalınlık yardımıyla hazırlanan tek tabakaların kantitatif analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. EĢ. 2.1, EĢ. 2.2 ve EĢ. 2.3 kullanılarak yüzeylerin sırasıyla yüzey deriĢimleri, bağlanma yoğunlukları ve yüzeye bağlı moleküller arası uzaklıklar belirlenmiĢtir. Si-Br yüzey için BPTS molekülünün yoğunluğu, 1,298 g/cm3 ve Si-NH2 yüzey için allilamin molekülünün yoğunluğu 0,578 g/cm3 olarak alınmıĢtır. Hazırlanan yüzeylere ait kantitatif analiz sonuçları Çizelge 7.4’de verilmiĢtir. 74 Si-Br ve Si-NH2 yüzeylerine ait yüzey deriĢimi sırasıyla; 0,91 mg/m2 ve 0,35 mg/m2 olarak belirlenmiĢtir. Yoğunluğu ve elipsometrik kalınlığı daha fazla olan Si-Br yüzeyi, Si-NH2 yüzeyine göre daha yüksek yüzey deriĢimine sahip olduğu Çizelge 7.4’de görülmektedir. Ancak, Si-NH2 yüzeyinin bağlanma yoğunluğu daha yüksektir. Si-Br ve Si-NH2 yüzeylerine ait bağlanma yoğunlukları sırasıyla; 2,76 zincir/nm2 ve 3,60 zincir/nm2 olarak hesaplanmıĢtır. Bu durum, birim alanda (1x1 nm2) allilamin molekülü sayısının BPTS molekülü sayısından daha fazla olduğunu göstermektedir. Çizelge 7.4. Si-Br, Si-N3, Si-NH-t-BOC ve Si-NH2 yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları Yüzey h (nm) Γ (mg/m2) Σ (zincir/nm2) D (nm) Si-Br 0,7 0,91 2,76 0,68 Si-N3 0,9 0,73 2,76 0,68 Si-NH-t-BOC 1,1 1,08 4,11 0,56 Si-NH2 0,6 0,35 3,60 0,59 Kantitatif analiz sonuçları, AFM ve histerizi sonuçları ile uyum içerisinde olup, UV ile hazırlanan organik tek tabakaların bağlanma yoğunluklarının daha fazla olduğunu ortaya koymaktadır. 7.3. RAFT Ajanı ve BaĢlatıcı Bağlı Yüzeylerin Hazırlanması ve Karakterizasyonu Polimer fırça sentezinden önce, hazırlanan Si-Br ve Si-NH2 yüzeyler üzerine RAFT ajanı veya baĢlatıcının immobilizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Si-N3 yüzey üzerine, RAFT ajanının klik reaksiyonu ile bağlanması planlanmıĢtır. Bu amaçla öncelikle, ġekil 7.18. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinin hazırlanması 75 76 RAFT ajanı CPADB’ın propargil alkol ile reaksiyonu sonucu, alkil uç gruplu CPADB RAFT ajanının sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Sentezlenen RAFT ajanı, Si-N3 yüzey üzerine klik reaksiyonu ile bağlanmıĢtır. Hazırlanan Si-NH2 yüzey üzerine ise, yüzeyden aĢılama tekniği için RAFT ajanı ve yüzeyde baĢlatılan polimerizasyon için ise SOCl2 ile klorlanarak elde edilen baĢlatıcı, ACPCl bağlanmıĢtır (ġekil 7.18). Literatürde yer alan çalıĢmalardan farklı olarak, bu çalıĢmada ilk defa silisyum disk yüzeyine RAFT ajanının klik reaksiyonu ile bağlanması sağlanmıĢtır. Ayrıca allil amin molekülünün UV ile silisyum disk yüzeyine bağlanmasının ardından, RAFT ajanı ve baĢlatıcının bu yüzey üzerine immobilizasyonu da ilk kez bu çalıĢmada yapılmıĢtır. Bu bölümde, öncelikle hazırlanan organik tek tabakaların üzerine bağlanabilmesi için modifiye edilen RAFT ajanı ve baĢlatıcının karakterizasyonu incelenmiĢtir. Daha sonra, sentezlenen RAFT ajanı ve baĢlatıcının Si-N3 ve Si-NH2 yüzeyine bağlanması ile oluĢan yüzeylerin karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. 7.3.1. Alkil sonlu CPADB’ın sentezi ve karakterizasyonu CPADB’nin klik reaksiyonu ile Si-N3 yüzeyine bağlanabilmesi için öncelikle alkil uç gruplu CPADB’nin sentezi gerçekleĢtirilmiĢtir. Alkil sonlu CPADB’ın sentezi ġekil 7.19’da verilmiĢtir. ġekil 7.19. Alkil sonlu CPADB’nin sentezi Alkil sonlu CPADB’nin karakterizasyonu 1H-NMR ve FT-IR spektroskopisi ile gerçekleĢtirilmiĢtir. CPADB’nin 1H-NMR spektrumunda (ġekil 7.2) 10,2 ppm’de gözlenen karboksilik asit grubuna ait tek proton alkil sonlu CPADB’nin 1H NMR 77 spektrumunda gözlenmemiĢtir. ġekil 7.20 incelendiğinde, δ 7,9 ppm’de orto protonlarına ait iki protonluk ikili pik, δ 7,6 ppm’de para protonuna ait tek protonluk üçlü pik, δ 7,4 ppm’de meta protonlarına ait iki protonluk üçlü pik, δ 4,4 ppm’de -O-CH2 grubuna ait iki protonluk tekli pik, δ 2,7 ppm’de -OC-CH2 gruplarına ait iki protonluk çoklu pik, δ 2,4 ppm’de –CH2-C(CN)-(CH3)- grubuna ait iki protonluk çoklu pik ve δ 1,9 ppm’de -CH3 grubuna ait üç protonluk tekli pik görülmektedir. Ayrıca, CPADB’den farklı olarak, δ 4,4 ppm’de -O-CH2 grubuna ait iki protonluk ikili pik ve δ 2,6 ppm’de alkil grubuna ait bir protonluk tekli pik gözlenmiĢtir [Lian ve ark., 2010; Ranjan ve Brittain, 2007]. ġekil 7.20. Alkil sonlu CPADB’nin 1H-NMR spektrumu ġekil 7.21’de alkil sonlu CPADB molekülünün FT-IR spektrumu görülmektedir. CPADB’ye ait 1706 cm-1’de yer alan C=O gerilmesi alkil sonlu CPADB molekülünde oluĢan ester nedeniyle 1726 cm-1’de gözlenmiĢtir. 2234 cm-1’de gözlenen -CN gerilmesi ile beraber 2121 cm-1 dalga sayısında C≡C gerilmesinin [Chang ve ark., 2010; Crescenzi ve ark., 2007; Ranjan ve Brittain, 2007; Schlossbauer ve ark., 2008] varlığı belirlenmiĢtir. 78 1 H-NMR ve FT-IR spektrumları incelendiğinde, klik reaksiyonu ile Si-N3 yüzeyine bağlanması planlanan alkil sonlu CPADB’nin sentezinin gerçekleĢtiği düĢünülmektedir. ġekil 7.21. Alkil sonlu CPADB’nin FT-IR spektrumu 7.3.2. 4-Siyano-4-((tiyobenzoil)sülfanil)pentanoiksüksinimit ester’in sentezi ve karakterizasyonu CPADB’nin yüzeye immobilizasyonunu gerçekleĢtirmek için, CPADB’nin karboksilik asit ucu disiklohekzilkarbodiimit ve N-Hidroksisüksinimit ile aktive edilerek, 4-siyano-4-((tiyobenzoil)sülfanil)pentanoiksüksinimit ester sentezlenmiĢ (CPSE) ve amino fonksiyonel uç gruplu yüzey ile aralarında amit bağı oluĢması sağlanmıĢtır. 79 ġekil 7.22. CPSE’nin sentezi Sentezlenen CPSE’nin karakterizasyonu 1H-NMR ve FT-IR ile gerçekleĢtirilmiĢtir. CPSE’nin CDCl3 içerisinde alınan 1H-NMR spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.23), δ 7,9 ppm’de orto protonlarına ait iki protonluk ikili pik, δ 7,6 ppm’de para protonuna ait tek protonluk üçlü pik, δ 7,4 ppm’de meta protonlarına ait iki protonluk üçlü pik, δ 2,9 ppm’de -OC-CH2 gruplarına ait iki protonluk çoklu pik, δ 2,4 ppm’de -CH2-C(CN)-(CH3)- grubuna ait iki protonluk çoklu pik ve δ 1,9 ppm’de -CH3 grubuna ait üç protonluk tekli pik görülmektedir. CPSE’ye ait 1H-NMR spektrumu CPADB’den farklı olarak 2,8 ppm’de N-hidroksisüksinimit gruplarında yer alan (-OC-CH2-CH2-CO-) dört protonluk tekli pik gözlenmiĢtir [Gürbüz ve ark., 2011; Yuan ve ark., 2007]. ġekil 7.23. CPSE’nin 1H-NMR spektrumu 80 CPSE’nin FT-IR spektrumu ġekil 7.24’de verilmiĢtir. CPADB’ın karboksilik grubuna ait O-H gerilmesi, ġekil 7.23’de gözlenmemiĢtir. OluĢan ester nedeniyle, karbonil grubu 1740 cm-1’de gözlenmiĢtir. N-Hidroksisüksinimit halkasında yer alan karbonil grupları 1710 cm-1 dalga sayısında gözlenmiĢlerdir. ġekil 7.24. CPSE’nin FT-IR spektrumu CPSE’ye ait 1H-NMR ve FT-IR spektrumları değerlendirildiğinde, literatürde yer alan CPSE’nin 1H-NMR ve FT-IR spektrumları ile uyumlu olduğu belirlenmiĢtir [Gürbüz ve ark., 2011]. 7.3.3. 4,4'-Azobis(4-siyanopentanoil klorür)’ün sentezi ve karakterizasyonu Polimerizasyonda baĢlatıcı olarak kullanılacak 4,4'-azobis(4-siyanopentanoik asit) molekülünün Si-NH2 yüzeyine bağlanabilmesi için, karboksilik asit uç grupları açil klorür gruplarına dönüĢtürülmüĢtür (ġeki 7.25). 81 ġekil 7.25. ACPCl sentezi ġekil 7.26’da 4,4'-azobis(4-siyanopentanoil klorür) (ACPCl) molekülüne ait 1HNMR spektrumu görülmektedir. ACPCl molekülünün 1 H-NMR spektrumu incelendiğinde, δ 2,5-3,0 ppm aralığında -CH2 gruplarına ait dört protonluk çoklu pik, δ 2,0 ppm’de ise -CH3 grubuna ait üç protonluk tekli pik gözlenmiĢtir. ġekil 7.26. ACPCl’nin 1H-NMR spektrumu ACPCl molekülünün FT-IR spektrumunda (ġekil 7.27), C≡N gerilmesine ait bant 2250 cm-1’de, oluĢan açil klorüre ait karbonil gerilmesi 1770 cm-1’de ve N=N gerilmesi 1400 cm-1’de gözlenmiĢtir. 1 H-NMR ve FT-IR spektrumları incelendiğinde, Si-NH2 yüzeylere bağlanması planlanan ACPCl molekülünün sentezinin gerçekleĢtirildiği belirlenmiĢtir. 82 ġekil 7.27. ACPCl’nin FT-IR spektrumu 7.3.4. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin XPS tekniği ile karakterizasyonu ġekil 7.28’de Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait 800-0 eV bağlanma enerjisi aralığında XPS genel tarama spektrumları görülmektedir. Si-k-CPADB yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu incelendiğinde, Si-N3 (ġekil 7.8.c)’den farklı olarak alkil sonlu CPADB’dan gelen S 2p piki gözlenmiĢtir. Ayrıca azot ve karbon yüzdelerinin arttığı belirlenmiĢtir. Si-NH-CPADB yüzeyinin C 1s ve N 1s piklerinin, Si-NH2 yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu (ġekil 7.9.d) ile karĢılaĢtırıldığında, bağlanma enerjilerinde önemli bir değiĢim olmazken, yüzey bileĢimine bağlı olarak pik alanlarında ve dolayısı ile bağıl miktarlarında bir artma gözlenmiĢtir. Ayrıca, S 2p piklerinin varlığı belirlenmiĢtir. Benzer Ģekilde, Si-NH-Azo yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu ile Si-NH2 yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumu (ġekil 7.9.d) karĢılaĢtırıldığında, bağlanma 83 enerjilerinde önemli bir değiĢimin olmadığı belirlenmiĢtir. Ancak ACPCl immobilizasyonunun ardından yüzey bileĢimine bağlı olarak pik alanlarında değiĢim gözlenmiĢtir. Ayrıca, Cl 2p piklerinin varlığı belirlenmiĢtir. ġekil 7.28. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları 84 Si-k-CPADB ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.29’da verilmiĢtir. Si-k-CPADB’a ait N 1s spektrumu incelendiğinde; 400,4 eV (N=N) ve 399,8 eV (C-N) bağlanma enerjilerinde farklı kimyasal çevreye sahip iki pik gözlenmiĢtir. 400,4 eV’da N=N grubunda yer alan azot atomuna ait pikin gözlenmesi, alkil sonlu RAFT ajanı ile Si-N3 yüzeyi arasındaki klik reaksiyonu sonucunda oluĢan triazol halkasının varlığını göstermektedir [Devadoss ve Chidsey, 2007; Haensch ve ark., 2008]. ġekil 7.29. Si-k-CPADB yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları 85 ġekil 7.30. Si-NH-CPADB yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları Si-k-CPADB yüzeyine ait C 1s spektrumu incelendiğinde; 288,4 eV (C=O), 286,0 eV (C-N), 285,4 eV (C=S) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde kimyasal çevreleri farklı dört C 1s piki gözlenmiĢtir. Ayrıca teorik yaklaĢımlarla Si-k-CPADB yüzeyinde, 162,5 eV (S-C) ve 160,9 eV (S=C) bağlanma enerjisi değerlerinde kükürt atomlarına ait S 2p pikleri gözlenmiĢtir [Gürbüz ve ark., 2011; Peng ve ark., 2006]. Si-k-CPADB yüzeyinin XPS analizleri sonucunda C/S oranının teorik değerden (C/S=9,5) daha yüksek olduğu belirlenmiĢtir (C/S=12,9). Bu durum yüzeylerin hazırlanması sırasında meydana gelmiĢ organik kirlilikten kaynaklanabilir. 86 Si-k-CPADB yüzeyine ait atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri Çizelge 7.2’de toplu olarak verilmiĢtir. ġekil 7.30’da Si-NH-CPADB’a ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları görülmektedir. N 1s bağlanma enerjisi bölgesinde, teorik yaklaĢım sonuncunda 402,1 eV (N+) ve 399,8 eV (C-N) bağlanma enerjilerinde iki azot piki gözlenmiĢtir [Huang ve ark., 2001; Taton ve Guire, 2002]. Si-NH-CPADB yüzeyinin C 1s kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, 287,9 eV (C=O), 286,0 eV (C-N), 285,4 eV (C-S) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde dört farklı kimyasal çevreye sahip C 1s pikleri gözlenmiĢtir. Si-kCPADB yüzeyine ait XPS kısmi tarama spektrumu ile karĢılaĢtırıldığında karbonil (C=O) grubunda yer alan karbon atomuna ait C 1s pikinin daha düĢük bağlanma enerjisinde gözlenmiĢtir. Bu durum, Si-NH-CPADB yüzeyinde karbonil karbonuna azot atomu bağlı olmasından kaynaklanabilir [Güzel ve ark., 2010]. S 2p kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, 162,5 eV (C-S) ve 161,5 eV (C=S) bağlanma enerjilerinde iki farklı kimyasal çevreye sahip S 2p piklerinin varlığı belirlenmiĢtir [Gürbüz ve ark., 2011; Peng ve ark., 2006]. Si-NH-CPADB yüzeyine ait atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri Çizelge 7.2’de verilmiĢtir. Ġlgili çizelge incelendiğinde, Si-NH-CPADB yüzeyine ait deneysel C/S=11,8 olarak belirlenmiĢtir. Teorik C/N oranı (C/S=8,0) ile karĢılaĢtırıldığında, yüzeylerin hazırlanması sırasında meydana gelen organik kirlilik ya da atmosferik gazlar sebebiyle deneysel C/N oranının yüksek olduğu belirlenmiĢtir. Si-NH-Azo yüzeyine ait N 1s, C 1s ve Cl 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.31’de verilmiĢtir. N 1s bölgesinde, teorik yaklaĢımlarla kimyasal çevreleri farklı üç pikin varlığı belirlenmiĢtir. 400,2 eV (C-N), 400,8 eV (N=N) ve 402,5 eV (N+) bağlanma enerjilerinde azot atomuna ait N 1s pikleri gözlenmiĢtir [Zhai ve ark., 2004]. N 1s spektrumunda gözlenen ve N=N grubunda yer alan azot atomuna ait pik, baĢlatıcı ACPCl’ün Si-NH2 yüzeyine bağlanması sonucunda oluĢmuĢtur. 87 ġekil 7.31. Si-NH-Azo yüzeyine ait N 1s, C 1s ve Cl 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ACPCl molekülünün Si-NH2 yüzeyine bağlanması ile Si-k-CPADB ve Si-NHCPADB yüzeylerinden farklı olarak C-S piki gözlenmemiĢtir. Si-NH-Azo yüzeyine ait C 1s bağlanma enerjisi bölgesinde XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde; 288,0 eV (C=O), 285,9 eV (C-N) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjisi değerlerine sahip üç farklı C 1s piki gözlenmiĢtir. Ayrıca, Cl 2p bağlanma enerjisi bölgesinde teorik yaklaĢım sonucunda Cl 2p1/2 ve Cl 2p3/2 pikleri sırası ile 201,0 eV ve 200,0 eV’da gözlenmiĢtir. Bu durum FT-IR spektrumları ile uyumlu olarak Çizelge 7.5. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri O 1s Yüzey Si-O C=O Si-k-CPADB Bağlanma Enerjisi (eV) 532,7 532,4 Atomik DeriĢim (%) 17,5 Si-NH-CPADB Bağlanma Enerjisi (eV) - Atomik DeriĢim (%) Si-NH-Azo Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) N+ - 532,7 402,1 3,8 - N 1s N=N C 1s C-N C=O C-N 400,4 399,8 288,4 286,0 285,4 12,1 - 399,8 287,9 286,0 285,4 9,6 18,6 285,0 - 58,1 - S-C 285,0 - - 201,0 200,0 3,5 S=C 4,2 12,0 162,5 161,5 99,6 6,1 8,4 285,0 Si 2p 162,5 160,9 101,5 - 72,1 - S 2p C-C/C-H Cl 2p1/2 Cl 2p3/2 54,2 532,5 402,5 400,8 400,2 288,0 285,9 8,6 C-S Cl 2p - - 99,5 11,2 88 89 ACPCl molekülünün, Si-NH2 yüzeyine ġekil 7.18’de verildiği gibi bağlandığını göstermektedir. Çizelge 7.5’de Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait atomik deriĢimi ve bağlanma enerjileri toplu olarak verilmiĢtir. Yüzeylere ait atomik deriĢimi değerleri incelendiğinde, Si-NH-Azo yüzeyinin diğer yüzeylere göre daha fazla azot atomu içerdiği belirlenmiĢtir. Teorik C/N oranı, Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyleri için sırası ile 4,75; 8,0 ve 3,0’dır. Çizelge 7.5’de verilen atomik deriĢimi değerlerinden deneysel C/N oranları, Si-kCPADB yüzeyi için 4,5, Si-NH-CPADB yüzeyi için 7,5 ve Si-NH-Azo yüzeyi için ise 3,12 olarak belirlenmiĢtir. Si-k-CPADB ve Si-NH-CPADB yüzeylerinin deneysel C/N oranları, teorik C/N oranlarına göre daha düĢük iken, Si-NH-Azo yüzeyleri için C/N oranı teorik değerden daha büyüktür. Bu durum, bazı ACPCl moleküllerinin her iki uç grubundanda Si-NH2 yüzeyine bağlanmasından kaynaklanıyor olabilir [Zhai ve ark., 2004]. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinin XPS ile yapılan karakterizasyonu sonucunda, gerek genel taramalarla elde edilen spektrumlarda, yüzeylerdeki atomların dağılımlarının değiĢimi, gerekse kısmi taramalarla elde edilen spektrum bölgelerinin teorik değerlendirmeleri, yüzeye bağlanmanın gerçekleĢtiğini göstermiĢ ve kimyasal çevrelerine bağlı olarak her bir yüzeyde bulunması muhtemel atomlar belirlenmiĢtir. 7.3.5. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin FT-IR ile karakterizasyonu Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait FT-IR spektrumları, ġekil 7.32’de verilmiĢtir. Si-k-CPADB yüzeyine ait FT-IR spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.32.a), 1040, 1720, 2231 ve 2946 cm-1 dalga sayısı değerlerinde sırası ile -C=S, -C=O, -C≡N ve -C-H gerilmelerine ait bantlar gözlenmiĢtir. Ancak, alkil sonlu CPADB molekülünde gözlenen C≡C gerilmesi Si-k-CPADB’da gözlenmemiĢtir. 90 Si-NH-CPADB yüzeyine ait FT-IR spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.32.b), Si-k-CPADB’dan farklı olarak 1648 cm-1 ve 1581 cm-1 dalga sayılarında sırası ile amit I ve amit II bantları gözlenmiĢtir. Ayrıca ġekil 7.31.b’de 1040 cm-1 dalga sayısında C=S gerilmesi belirlenmiĢtir. ġekil 7.32. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB, ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ġekil 7.32.c’de, Si-NH-Azo yüzeyine ait FT-IR spektrumu incelendiğinde, Si-NH-CPADB yüzeyiyle benzer Ģekilde, 1686 cm-1 ve 1644 cm-1 dalga sayılarında sırası ile amit I (-C=O) ve amit II (-C-N) bantları gözlenmiĢtir. ACPA molekülü, Si-NH2 yüzeyine bağlanabilmesi için SOCl2 ile klorlanarak ACPCl molekülüne 91 dönüĢtürülmüĢtür. Simetrik ACPCl molekülü bir uçtan Si-NH2 yüzeyine bağlanırken diğer ucu, yüzeyden uzaklaĢır. Bu nedenle Si-NH-Azo yüzeyine ait FT-IR spektrumunda 1783 cm-1 dalga sayısında açil klorür grubuna ait C=O gerilmesi gözlenmiĢtir. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinin FT-IR ile yapılan karakterizasyonu sonucu, yüzeyde bulunması muhtemel fonksiyonel grupların varlığı belirlenmiĢtir. 7.3.6. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin elipsometre tekniği ile karakterizasyonu Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyleri üzerinden beĢ farklı noktadan alınan ölçümler, dört faz olarak modellenen sistem için değerlendirilmiĢ ve hesaplanan elipsometrik kalınlık değerleri Çizelge 7.6’da verilmiĢtir. RAFT ajanı ve baĢlatıcı immobilizasyonunun ardından, yüzeylere ait elipsometrik kalınlıkların arttığı gözlenmiĢtir. Si-k-CPADB’a ait elipsometrik kalınlık değerinin diğer yüzeylerden fazla olduğu belirlenmiĢtir. Si-Br yüzeyinin kalınlığının, Si-NH2 yüzeyinin kalınlığından fazla olduğu Çizelge 7.2’de verilmiĢtir. Ayrıca, klik reaksiyonu sonucu oluĢan triazol halkası sebebiyle, oluĢan yüzeyin kalınlığının daha fazla olduğu düĢünülmektedir. Çizelge 7.6. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkları Elipsometrik Kalınlık (nm) Teorik Kalınlık (nm) Si-k-CPADB 2,0±0,4 1,892 Si-NH-CPADB 1,7±0,5 1,581 Si-NH-Azo 1,6±0,7 1,516 Yüzey 92 Benzer Ģekilde, elde edilen elipsometrik kalınlıklar beklenen teorik kalınlıklar ile karĢılaĢtırıldığında, elipsometrik kalınlıkların teorik kalınlık değerlerinden fazla olduğu belirlenmiĢtir. Bu sonuç, elipsometrik kalınlıkların hesaplanmasında kullanılan dört fazlı model içerisinde yüzey pürüzlülüğünün dikkate alınmamasından kaynaklandığı düĢünülmektedir. Ayrıca elipsometrik kalınlık değerlerinin beklenen teorik kalınlıkların iki katından düĢük olması, RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin tek tabaka Ģeklinde Si-N3 ve Si-NH2 yüzeyleri üzerine bağlandığını düĢündürmektedir. 7.3.7. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin AFM ile karakterizasyonu ġekil 7.33’de Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait 5 µm x 5 µm boyutlarında AFM görüntüleri yer almaktadır. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyine ait RMS değerlerinin sırasıyla; 0,911 nm, 0,802 nm ve 0,820 nm olduğu belirlenmiĢtir. Si-N3 ve Si-NH2 yüzeylerine ait RMS değerleri ile karĢılaĢtırıldığında, RMS değerlerinin arttığı gözlenmiĢtir. ġekil 7.33 incelendiğinde Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyleri üzerinde çeĢitli tepecikler gözlenmiĢtir. Yüzeyin olağan morfolojisi dıĢında gözlenen bu tepecikler, AFM analizi öncesinde ya da analiz sırasında atmosferden kaynaklanan kirlenmeden dolayı meydana gelmiĢ olabilir. AFM analizleri sonucunda, CPADB ve ACPCl moleküllerinin sıkı bir istiflenme ile Si-N3 ve Si-NH2 yüzeyler üzerine bağlandığı söylenebilir. 93 ġekil 7.33. a) Si-k-CPADB, b) Si-NH-CPADB ve c) Si-NH-Azo yüzeylerine ait 3ve 2-boyutlu AFM görüntüleri 7.3.8. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu Hazırlanan her bir yüzeyin hidrofilik-hidrofobik karakterinin belirlenmesi amacıyla yüzeylerin statik su temas açısı ölçümleri alınmıĢ, ayrıca yüzey pürüzlülüğü hakkında bilgi veren histerizi analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Yüzeylere ait statik su 94 temas açısı ile yüzey üzerinde oluĢan damlalara ait görüntüler ve histerizi değerleri Çizelge 7.7’de verilmiĢtir. Si-k-CPADB ve Si-NH-CPADB yüzeylerinin temas açıları sırasıyla 55,4° ve 61,2° olarak belirlenmiĢtir. Si-k-CPADB ve Si-NH-CPADB yüzeylerinin birbirine yakın hidrofilik karakterde olduğu gözlenmiĢtir. Ancak iki temas açısı arasında gözlenen fark ise yüzeylerin pürüzlülüğünün farklı olmasından kaynaklanıyor olabilir. Si-NHAzo yüzeylerinin temas açıları ise 42,6° olarak belirlenmiĢtir. Açil klorür grubunun varlığı sebebiyle, Si-NH-Azo yüzeyinin, Si-k-CPADB ve Si-NH-CPADB yüzeylerine göre daha hidrofilik karaktere sahip olduğu temas açısı ölçümleri ile belirlenmiĢtir. Çizelge 7.7. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri Yüzey Temas açısı (°) Damla Histerizi (°) Si-k-CPADB 55,4±0,5 18,6 Si-NH-CPADB 61,2±0,4 13,5 Si-NH-Azo 42,6±0,7 19,1 Literatürde yer alan çeĢitli çalıĢmalarda, CPADB bağlı yüzeyler için su temas açılarının, 58,9° ile 66° arasında değiĢtiği gözlenmiĢtir [Gürbüz ve ark., 2011; Yuan ve ark., 2007]. Zhai ve arkadaĢları tarafından gerçekleĢtirilen bir baĢka çalıĢmada, hidrojen sonlu silisyum yüzey üzerine ACPCl molekülü bağlanmıĢ ve su temas açısı 40° olarak belirlenmiĢtir [Zhai ve ark., 2004]. 95 Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait su temas açılarının daha önce literatürde yer alan çalıĢmalar ile uyumlu oldukları, gerçekleĢtirilen analizler sonucunda belirlenmiĢtir. Histerizi, yüzey pürüzlülüğünün bir ölçüsüdür. Çizelge 7.7’de Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait histerizi analiz sonuçları görülmektedir. Çizelge 7.7’de verilen histerizi değerleri, Si-N3 ve Si-NH2 yüzeylerine ait histerizi sonuçları ile karĢılaĢtırıldığında, histerizinin dolayısıyla pürüzlülüğün arttığı gözlenmiĢtir. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait histerizi değerleri sırasıyla 18,6°, 13,5° ve 19,1° olarak belirlenmiĢtir. Histerizi değeri en düĢük olan Si-NH-CPADB yüzeyinin en düĢük pürüzlülük değerine sahip olduğu ve histerizi sonuçlarının AFM sonuçları ile uyum içerisinde olduğu yapılan analizlerin sonucunda belirlenmiĢtir. 7.3.9. RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin kantitatif analizi Hazırlanan RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlı yüzeylerin, elipsometrik kalınlıklarından yararlanarak kantitatif analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Her üç yüzeye ait kantitatif analiz sonuçları Çizelge 7.8’de verilmiĢtir. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NHAzo yüzeylerine ait yüzey deriĢimleri sırası ile 1,63 mg/m2, 1,39 mg/m2 ve 1,31 mg/m2 olarak belirlenmiĢtir. EĢ. 2.2 yardımıyla hesaplanan bağlanma yoğunlukları incelendiğinde, en yüksek bağlanma yoğunluğuna sahip yüzeyin Si-NH-CPADB olduğu belirlenmiĢtir. Si-NH-CPADB yüzeyine ait bağlanma yoğunluğu, 2,62 zincir/nm2 iken Si-NH-Azo yüzeyinin 2,32 zincir/nm2 ve Si-k-CPADB yüzeyi için ise 2,06 zincir/nm2 olduğu belirlenmiĢtir. Bağlanma yoğunluğu kullanılarak EĢ. 2.3 yardımıyla hesaplanan yüzeye bağlı zincirler arası uzaklık ise, Si-k-CPADB için 0,79 nm, Si-NH-CPADB için 0,70 nm ve son olarak Si-NH-Azo için 0,74 nm olarak belirlenmiĢtir. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları değerlendirildiğinde, AFM ve histerizi analizleri ile uyumlu olarak en yüksek bağlanma yoğunluğunun Si-NH-CPADB yüzeyine ait olduğu belirlenmiĢtir. 96 Çizelge 7.8. Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları h (nm) Γ (mg/m2) Σ (zincir/nm2) D (nm) Si-k-CPADB 2,0 1,63 2,06 0,79 Si-NH-CPADB 1,7 1,39 2,62 0,70 Si-NH-Azo 1,6 1,31 2,32 0,74 Yüzey 7.4. Polimer Fırçaların Hazırlanması ve Karakterizasyonu Silisyum disk yüzeyine RAFT ajanı ve baĢlatıcı bağlanmasının ardından, literatürden farklı olarak ilk kez RAFT polimerizasyonu ile silisyum disk üzerinde PVBTAC polimer fırçalar sentezlenmiĢtir. Polimerizasyon çözeltisinde alınan serbest polimerlerin 1H-NMR ve FT-IR ile yapısal karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. ġekil 7.34’de D2O içerisinde alınan, PVBTAC’ye ait 1H-NMR spektrumu yer almaktadır. 1H-NMR spektrumunda, δ 7,4-6,5 ppm aralığında aromatik halkaya ait protonlar, δ 4,5-4,0 ppm aralığında aromatik halkaya bağlı -CH2 gruplarına ait protonlar ve δ 3,0-2,5 ppm aralığında ise azota bağlı -CH3 gruplarına ait protonlar görülmektedir. Ayrıca δ 1,9 ve δ 1,4 ppm’de sırasıyla polimer zincirinde yer alan -CH, ve -CH2 gruplarına ait protonların varlığı belirlenmiĢtir. ġekil 7.35’de PVBTAC’ye ait FT-IR spektrumu yer almaktadır. Spektrum incelendiğinde, 3080 cm-1 dalga sayısında vinilik hidrojenlere ait -C-H gerilmesinin olmadığı belirlenmiĢtir. CPADB’a ait C=S gerilmesinin 1043 cm-1 dalga sayısında zayıf bir bant olarak gözlenmiĢtir. Ancak 2250 cm-1’de gözlenen -CN grubuna ait bant PVBTAC’nin FT-IR spektrumunda gözlenememiĢtir. Tersiyer amin grubunda yer alan -CH3 grupları ait eğilme bandı 1480 cm-1’de gözlenmiĢtir [Bae ve ark., 2007]. 97 ġekil 7.34. PVBTAC’nin 1H NMR spektrumu ġekil 7.35. PVBTAC’nin FT-IR spektrumu ġekil 7.36. Polimer fırçaların sentezi 98 99 PVBTAC’ye ait 1H-NMR ve FT-IR spektrumları değerlendirildiğinde, literatürde yer alan PVBTAC’nin 1H-NMR ve FT-IR spektrumları ile uyumlu olduğu belirlenmiĢ ve RAFT polimerizasyonu ile PVBTAC polimerinin sentezinin gerçekleĢtirildiği kanıtlanmıĢtır [Bae ve ark., 2007; Mitsukami ve ark., 2001; Vasilieva ve ark., 2004]. PVBTAC polimer fırçaların sentezi ġekil 7.36’da verilmiĢtir. Bu bölümde öncelikle polimer fırçaların karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu amaçla farklı polimerizasyon sürelerinde (30, 60, 120 dakika), polimerizasyon çözeltisinden alınan silisyum disklerin XPS, FT-IR, elipsometre ve AFM ile karakterizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. GPC ile mol kütlesi belirlenen polimerlerin, elipsometrik kalınlıklarından yararlanılarak polimer fırçaların kantitatif analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. GPC analizleri polimerizasyon çözeltisinden alınan serbest polimerler ile gerçekleĢtirilmiĢtir. Bu sebeple, GPC analizleri yapılan polimerler, polimer fırçalar ile aynı Ģekilde adlandırılmıĢtır. 7.4.1. Polimer fırçaların XPS tekniği ile karakterizasyonu Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC fırçaların sentezi aĢamasında üç farklı polimerizasyon sürelerinde silisyum diskler polimerizasyon çözeltisi içerisinden çıkartılmıĢ ve her bir yüzeyin 800-0 eV bağlanma enerjisi aralığında XPS genel tarama spektrumları ile, Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimer fırçalarının N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları alınmıĢtır. ġekil 7.37’de farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan Si-k-PVBTAC fırçalarının XPS genel tarama spektrumları verilmiĢtir. ġekil 7.37 incelendiğinde, Si-k-CPADB yüzeyinden farklı olarak Cl 2p piki gözlenmiĢtir. 30 dakika sonunda Si-k-PVBTAC yüzeyine ait XPS genel tarama spektrumunda (ġekil 7.37.a) Si 2s ve Si 2p pikleri gözlenirken, polimerizasyon süresinin artmasıyla bahsedilen piklerin kaybolduğu belirlenmiĢtir [Li ve ark., 2008]. Bununla beraber polimerizasyon süresi arttıkça, bağlanma enerjilerinde önemli bir değiĢim olmazken, yüzey bileĢimine bağlı olarak pik alanlarında ve dolayısı ile bağıl miktarlarında bir artma gözlenmiĢtir. 100 ġekil 7.37. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-k-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları Farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.38), Si-k-PVBTAC fırçalarına benzer Ģekilde, polimerizasyon süresinin artmasıyla, yüzeyde karbon yüzdesinin arttığı belirlenmiĢtir. Ayrıca Si 2s ve Si 2p piklerinin polimerizasyon süresinin 60 dakika ve 120 dakikaya çıkarılması ile piklerin kaybolduğu gözlenmiĢtir (ġekil 7.38.b ve ġekil 7.38.c) [Li ve ark., 2008]. 101 ġekil 7.38. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları incelendiğinde (ġekil 7.39), polimerizasyon süresinin artmasıyla, bağlanma enerjilerinde önemli bir değiĢim olmazken, yüzey bileĢimine bağlı olarak pik alanlarında ve dolayısı ile bağıl miktarlarında bir değiĢim gözlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla C 1s pikinin Ģiddeti artarken, polimerizasyon süresinin 60 dakika ve 120 dakikaya çıkmasıyla Si 2s ve Si 2p piklerinin kaybolduğu gözlenmiĢtir [Li ve ark., 2008]. Polimerizasyon süresinin artmasıyla Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin kalınlıkları artmaktadır. Bu durum sonucunda Si 2s ve Si 2p piklerinin kaybolduğu belirlenmiĢtir. XPS ile yapılan analizler sonucunda 102 yaklaĢık 7,5 nm’nin üzerindeki kalınlıklarda XPS sinyalinin alınamadığı bilinmektedir [Li ve ark., 2008]. Bu sebeple polimerizasyon süresinin artmasıyla katı destek maddesi olan Si(111) yüzeyine ait bir XPS sinyali alınamamıĢtır. ġekil 7.39. a) 30 dakika, b) 60 dakika ve c) 120 dakika sonunda Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait XPS genel tarama spektrumları Polimerizasyon, 120 dakika sonunda tamamlanmıĢtır. Polimerizasyonun tamamlanmasının ardından Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde alınan XPS kısmi tarama spektrumları aĢağıda incelenmiĢtir. Farklı polimerizasyon süreleri sonunda elde edilen polimer fırçaların atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri Çizelge 7.9’da toplu olarak verilmiĢtir. 103 ġekil 7.40. Si-k-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları ġekil 7.40’da Si-k-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjileri bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları verilmiĢtir. N 1s spektrumu incelendiğinde bağlanma enerjileri 402,1 eV ve 400,0 eV olan kimyasal çevreleri farklı iki azot atomuna ait pikin varlığı görülmektedir. Monomerde bulunan ve sentezlenen polimere katyonik karakterini veren kuarterner amonyum grubunda yer alan azot atomuna ait N 1s piki 402,1 eV bağlanma enerjisi değerinde gözlenmiĢtir. Bununla beraber C-N grubunda yer alan azot atomuna ait N 1s piki ise 400,0 eV’da 104 gözlenmiĢtir. Si-k-PVBTAC yüzeyine ait C 1s spektrumu teorik yaklaĢımlarla incelendiğinde 286,1 eV (C-N), 285,4 eV (C-S) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde farklı kimyasal çevrelere sahip karbon atomlarına ait C 1s pikleri belirlenmiĢtir. S 2p XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, 162,9 eV (S-C) ve 161,1 eV (S=C) bağlanma enerjilerinde farklı kimyasal çevreye sahip, kükürt atomlarına ait iki pik gözlenmiĢtir [Li ve ark., 2008; Peng ve ark., 2006]. ġekil 7.41. Si-ya-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları 105 Si-ya-PVBTAC yüzeyine ait N 1s XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde (ġekil 7.41), kuarterner amonyum grubunda yer alan azot atomuna ait N 1s piki 402,1 eV’da gözlenmiĢtir. C 1s XPS kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, Si-k-PVBTAC yüzeyi ile benzer Ģekilde üç farklı kimyasal çevreye sahip karbon atomlarına ait pikler 286,1 eV (C-N), 285,3 eV (C-S) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde gözlenmiĢtir. S 2p spektrumu incelendiğinde, teorik yaklaĢımlar sonucunda, 162,5 eV (C-S) ve 161,3 eV (C=S) bağlanma enerjilerinde iki farklı kimyasal çevreye sahip kükürt atomuna ait pikler gözlenmiĢtir [Li ve ark., 2008; Peng ve ark., 2006]. Si-yb-PVBTAC yüzeyine ait XPS kısmi tarama spektrumu ġekil 7.42’de verilmiĢtir. N 1s bağlanma enerjisi bölgesinde kısmi tarama spektrumu incelendiğinde, Si-k-PVBTAC ve Si-NH-PVBTAC yüzeyleri ile benzer Ģekilde kuarterner amonyum grubunda yer alan azot atomuna ait N 1s piki, 402,1 eV bağlanma enerjisinde belirlenmiĢtir. Teorik yaklaĢımla C 1s bağlanma enerjisi bölgesinde, kimyasal çevreleri farklı üç karbon piki sırası ile 286,2 eV (C-N), 285,4 eV (C-S) ve 285,0 eV (C-C/C-H) bağlanma enerjilerinde gözlenmiĢlerdir. S 2p pikleri incelendiğinde, 162,6 eV (C-S) ve 161,2 eV (C=S) bağlanma enerjilerinde kimyasal çevreleri farklı iki kükürt piki gözlenmiĢtir [Li ve ark., 2008; Peng ve ark., 2006]. Çizelge 7.9’da üç farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait atomik deriĢim ve bağlanma enerjileri toplu olarak verilmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla, Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin kalınlıkları artmıĢtır. XPS analizlerinde, X-ıĢınlarının birkaç yüz nm derinliğe ulaĢabildikleri bilinmektedir. Ancak örnekten çıkan elektronlar, x-ıĢınları kadar ilerleyemezler. Bu durum yüzeyin birkaç nm’lik bölümü için nitel analizi mümkün kılmaktadır [Li ve ark., 2008]. 106 ġekil 7.42. Si-yb-PVBTAC yüzeyine ait N 1s, C 1s ve S 2p bağlanma enerjisi bölgelerinde XPS kısmi tarama spektrumları Çizelge 7.9 incelendiğinde, Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinde sadece 30 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından hazırlanan yüzeylerde Si 2p piki gözlenmiĢtir. Ancak katı destek maddesi olan Si(111) yüzeyi dıĢında, RAFT ajanı ve baĢlatıcının yüzeye bağlanması ile oluĢan karbonil grubu (C=O)’na ait C 1s piki farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan her üç yüzeyde de gözlenmemiĢtir. Benzer Ģekilde, Si-k-CPADB yüzeylerinin hazırlanması sırasında klik reaksiyonu ile oluĢan triazol halkasında bulunan azo (N=N) grubundan 107 kaynaklanan N 1s piki, Si-k-PVBTAC yüzeyine ait XPS kısmi tarama spektrumunda teorik yaklaĢım sonucunda belirlenememiĢtir. Polimerizasyon sonunda elde edilen polimer fırçaların kalınlıkları 7,5 nm’den kalın ise RAFT ajanının ve baĢlatıcının organik tek tabakalar üzerine bağlanması sırasında oluĢan karbonil (C=O) grubuna ait C 1s piki belirlenemeyebilir. Bu durum polimerizasyonun gerçekleĢtiğini ve polimer fırçaların sentezlendiğini göstermektedir. Çizelge 7.9’da farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait atomik deriĢim değerleri incelendiğinde polimerizasyon süresinin artması ile karbon deriĢiminin arttığı belirlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin 30 dakikadan 120 dakikaya çıkması ile karbon deriĢiminin; Si-k-PVBTAC yüzeyi için % 79,0’den % 83,1’e, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için % 73,4’dan % 82,3’e ve Si-yb-PVBTAC yüzeyi için ise % 80,6’den % 89,7’ye arttığı belirlenmiĢtir. Benzer Ģekilde polimerizasyon süresinin artmasıyla azot deriĢimi Si-k-PVBTAC yüzeyi için % 6,8’den % 8,5’e, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için % 6,8’den % 7,6’ya ve Si-yb-PVBTAC yüzeyi için ise % 6,9’dan % 7,9’a arttığı Çizelge 7.9’da gözlenmiĢtir. Polimerizasyon süresi ile polimer fırçaların kalınlıklarının artması baĢka bir deyiĢle yüzeye katılan monomer miktarının artmasıyla karbon ve azot deriĢimlerinin arttığı belirlenmiĢtir. Hazırlanan yüzeylerin kükürt deriĢimleri incelendiğinde polimerizasyon süresinin 30 dakikadan 120 dakikaya çıkması ile Si-k-PVBTAC yüzeyi için % 1,2’den % 0,2’ye, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için % 1,7’dan % 0,3’e ve Si-yb-PVBTAC yüzeyi için ise % 0,7’den % 0,1’e düĢtüğü belirlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla karbon ve azot deriĢimlerinin arttığı belirlenmiĢtir. Ancak hazırlanan Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin azot ve karbon deriĢimlerini karĢılaĢtırmak doğru bir yaklaĢım değildir. Yüzeylerin hazırlanmaları ve analize götürülmeleri sırasında farklı oranlarda organik kirlilik ya da atmosferik gaz içerebilir. Bu sebeple elde edilen atomik deriĢim değerlerinin her bir yüzeyde bulunan kükürt deriĢimine oranlanarak normalize deriĢim değerlerinin karĢılaĢtırılması daha doğru olacaktır. Çizelge 7.9. Farklı polimerizasyon sürelerinde Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri Yüzey N 1s O 1s Si-k-PVBTAC, 30 dak Bağlanma Enerjisi (eV) 532,4 Atomik DeriĢim (%) 12,5 Si-k-PVBTAC, 60 dak Bağlanma Enerjisi (eV) 532,2 Atomik DeriĢim (%) 10,3 Si-k-PVBTAC, 120 dak Bağlanma Enerjisi (eV) 532,3 Atomik DeriĢim (%) Si-ya-PVBTAC, 30 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) Si-ya-PVBTAC, 60 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) Si-ya-PVBTAC, 120 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) C 1s S 2p Si 2p C-N+ N=N C-N C=O C-N C-S C-C/C-H 402,2 - 400,1 - 286,2 285,5 285,0 6,8 402,2 - 79,0 400,0 - 286,1 7,2 402,1 8,2 - 285,3 285,0 81,9 400,0 - 286,1 8,5 285,4 285,0 83,1 S-C S=C 163,0 161,3 101,5 1,2 0,5 162,8 161,2 - 0,6 - 162,9 161,1 - 0,2 - 532,3 17,3 402,1 6,8 400,1 - 286,1 285,4 73,4 285,0 162,9 161,2 101,3 1,7 0,8 532,3 12,5 402,2 7,1 399,8 - 286,0 285,4 79,6 285,0 163,0 161,1 0,8 - 532,4 9,8 402,1 7,6 399,9 - 286,1 285,3 82,3 285,0 162,5 161,3 0,3 - 108 Çizelge 7.9. (Devam) Farklı polimerizasyon sürelerinde Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait bağlanma enerjisi ve atomik deriĢimleri Yüzey Si-yb-PVBTAC, 30 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) Si-yb-PVBTAC, 60 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) Si-yb-PVBTAC, 120 dak Bağlanma Enerjisi (eV) Atomik DeriĢim (%) N 1s O 1s C-N+ 532,3 402,2 11,5 532,3 402,2 10,6 532,4 402,1 2,3 C 1s S 2p Si 2p N=N C-N C=O - 400,1 - 6,9 - 7,9 C-S 286,1 285,4 C-C/C-H 285,0 80,6 400,0 - 7,3 - C-N 286,1 285,5 285,0 81,9 399,9 - 286,2 285,4 89,7 285,0 S-C S=C 162,8 160,9 101,3 0,7 0,3 163,1 161,3 - 0,2 - 162,6 161,2 - 0,1 - 109 110 Normalize deriĢim değerleri incelendiğinde Si-k-PVBTAC yüzeyi için polimerizasyon süresinin 30 dakikadan 120 dakikaya çıkması ile C/S oranının, 65,8’den 415,5’e, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için 43,2’den 274,3’e ve Si-yb-VBTAC yüzeyi için ise 115,1’den 897,0’a arttığı belirlenmiĢtir. Benzer Ģekilde polimerizasyon süresinin artmasıyla N/S oranı, Si-k-PVBTAC yüzeyi için 5,7’den 42,5’e, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için 4,0’den 25,3’e ve Si-yb-PVBTAC yüzeyi için ise 9,8’dan 79,0’a arttığı belirlenmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin XPS ile yapılan karakterizasyonu sonucunda, gerek genel taramalarla elde edilen spektrumlarda yüzeylerdeki atomların dağılımlarının değiĢimi, gerekse kısmi taramalarla elde edilen spektrum bölgelerinin teorik değerlendirmeleri, polimer fırçaların sentezinin gerçekleĢtiğini göstermiĢ ve her bir yüzeyde bulunması muhtemel atom ve bağ yapıları belirlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla karbon ve azot deriĢimlerinin arttığı gözlenmiĢtir. Hazırlanan yüzeyler içerisinde en yüksek karbon ve azot oranının Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait iken en düĢük oranın Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait olduğu belirlenmiĢtir. 7.4.2. Polimer fırçaların FT-IR ile karakterizasyonu Si-k-PVBTAC, spektrumları Si-ya-PVBTAC ġekil 7.43’de ve Si-yb-PVBTAC verilmiĢtir. yüzeylerine Si-k-PVBTAC, ait FT-IR Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeyine ait FT-IR spektrumu incelendiğinde, her üç yüzey içinde 2960 cm-1’de alifatik -C-H gerilmeleri, 3040 cm-1’de aromatik -C-H gerilmeleri ve 1043 cm-1 dalga sayısında C=S gerilmesine ait bant gözlenmiĢtir [Mitsukami ve ark., 2001]. Tersiyer amin grubunda yer alan -CH3 grupları ait eğilme bandı 1480 cm-1’de gözlenmiĢtir [Bae ve ark., 2007]. 111 ġekil 7.43. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ġekil 7.44’de farklı sürelerde polimerizasyon çözeltisinden alınan PVBTAC yüzeylerin FT-IR spektrumları verilmiĢtir. Spektrumda 3800-2600 cm-1 aralığında O-H ve -C-H gerilmelerine ait bantlar görülmektedir. Polimerin yapısında O-H grupları yer almadığı halde polimer fırçalara ait FT-IR spektrumlarında O-H gruplarına ait gerilme bantları gözlenmiĢtir. Bu durum polimer zincirleri arasında kalan su moleküllerinden kaynaklanıyor olabilir. Ancak simetrik ve asimetrik C-H gerilmeleri incelendiğinde polimerizasyon süresinin artmasıyla absorbansın arttığı belirlenmiĢtir. PVBTAC yüzeylerinin FT-IR ile yapılan karakterizasyonu sonucu, yüzeyde bulunması muhtemel fonksiyonel grupların varlığı belirlenmiĢtir. Ayrıca farklı polimerizasyon zamanlarında hazırlanan Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerin FT-IR spektrumları incelenmiĢ ve polimerizasyon 112 süresinin artmasıyla simetrik ve asimetrik -C-H gerilmelerine ait bant Ģiddetinin arttığı gözlenmiĢtir. ġekil 7.44. Farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan a) Si-k-PVBTAC, b) Si-yaPVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait FT-IR spektrumları (3800-2600 cm-1) Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait FT-IR spektrumları ġekil 7.45’de görülmektedir. Her üç yüzey içinde yüzey boyunca C-H 113 simetrik ve asimetrik gerilmelerinin Ģiddetinde küçük değiĢiklikler olsada, bahsedilen yüzeylerin homojen bir Ģekilde PVBTAC polimer fırçaları ile kaplandığı söylenebilir. ġekil 7.45. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin 4000-2400 cm-1 aralığında yüzey taraması 114 7.4.3. Polimer fırçaların elipsometre tekniği ile karakterizasyonu Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeyleri üzerinden beĢ farklı noktadan alınan ölçümler, dört faz olarak modellenen sistem için değerlendirilmiĢ ve farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları belirlenmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkların polimerizasyon süresi ile değiĢimi ġekil 7.46’da verilmiĢtir. ġekil 7.46. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkların polimerzasyon süresi ile değiĢimi ġekil 7.46 incelendiğinde; Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait elipsometrik kalınlıkların, polimerizasyon süresi ile lineer bir artıĢ gösterdiği ancak her üç yüzey için polimerizasyon hızlarının birbirinden farklı olduğu gözlenmiĢtir. 120 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait polimer fırça kalınlıkları sırası ile; 60,5 nm, 51,9 nm ve 65,6 nm olarak belirlenmiĢtir. Hızlar arasındaki bu farkın [CPADB]/[ACPA] oranının farklı olmasından kaynaklandığı düĢünülmektedir. RAFT polimerizasyonunda RAFT ajanı/baĢlatıcı oranı son derece 115 önemlidir. RAFT ajanı/baĢlatıcı oranının artmasıyla % dönüĢüm ve polimerin mol kütlesinin azaldığı gözlenmiĢtir [Gondi ve ark., 2007; Mori ve ark., 2010; Scales ve ark., 2005; Vasilieva ve ark., 2004]. Elipsometrik kalınlıkların polimerizasyon süresi ile lineer artıĢı, her üç yüzey için polimerizasyonun kontrollü olduğunu göstermektedir [Chen ve ark., 2006]. Tüm kontrollü/yaĢayan radikal polimerizasyonlarında, tersinmez sonlanma ya da zincir transfer reaksiyonlarından kaçınmak son derece önemlidir. VBTAC monomerinin RAFT polimerizasyonu sırasında, azo baĢlatıcının bozunmasıyla oluĢan radikaller VBTAC monomeri katılarak büyüyen radikalleri meydana getirir. Büyüyen radikallere RAFT ajanının katılması ile makro RAFT ajanları meydana gelir. Makro RAFT ajanları ve büyüyen radikaller arasında kurulan denge ile RAFT polimerizasyonunun kontrollü bir Ģekilde ilerlemesi sağlanır [Zhai ve ark., 2004]. 7.4.4. Polimer fırçaların AFM ile karakterizasyonu ġekil 7.47’de Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait, 5µmx5µm boyutlarında alınmıĢ iki ve üç boyutlu AFM görüntüleri verilmiĢtir. Görüntüler incelendiğinde, hazırlanan fırçaların bağlanma yoğunluklarının oldukça yüksek olduğu görülmektedir. 120 dakikalık polimerizasyonun ardından elde edilen yüzeylerin AFM görüntüleri incelendiğinde, yüzey morfolojilerinin Si-k-CPADB, SiNH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinden oldukça farklı olduğu görülmektedir. AFM analizleri ile elde edilen; Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait RMS değerleri sırası ile 7,973 nm, 7,463 nm ve 9,797 nm olarak belirlenmiĢtir. RMS değerleri karĢılaĢtırıldığında en düĢük yüzey pürüzlülüğüne sahip polimer fırçaların Si-ya-PVBTAC yüzeyine ait olduğu belirlenmiĢtir. Si-yb-PVBTAC polimer fırçaların en yüksek yüzey pürüzlülüğüne sahip olduğu belirlenmiĢtir. 116 ġekil 7.47. a) Si-k-PVBTAC, b)Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri 7.4.5. Polimer fırçaların temas açısı ölçümleri ile karakterizasyonu Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait statik su temas açıları ve histerizi değerleri Çizelge 7.10’da verilmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait su temas açılarının sırasıyla; 38,6±0,9, 43,3±0,7 ve 39,5±0,4 olarak belirlenmiĢtir. Polimer fırçaların su temas 117 açıları Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylerinden daha düĢük oldukları gözlenmiĢtir. Katyonik karaktere sahip polimer fırçaların, hidrofilik karakterde oldukları statik su temas açısı analizleri ile belirlenmiĢtir. Polimer fırçalara ait histerizi değerleri incelendiğinde, Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeylere göre daha düĢük histerizi sonuçlarına sahip oldukları gözlenmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait histerizi değerleri sırasıyla; 8,8°, 8,6° ve 11,3° olarak belirlenmiĢtir. Histerizi analizleri sonucunda elde edilen veriler değerlendirildiğinde, en yüksek histerizi değerinin Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait olduğu belirlenmiĢtir. Bu durum AFM sonuçları ile uyum içerisinde olup, Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin diğer yüzeylere göre daha pürüzlü bir yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Çizelge 7.10. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait statik su temas açısı, damla görüntüleri ve histerizi değerleri Yüzey Temas açısı (°) Damla Histerizi (°) Si-k-PVBTAC 38,6±0,9 8,8 Si-ya-PVBTAC 43,3±0,7 8,6 Si-yb-PVBTAC 39,5±0,4 11,3 Hazırlanan polimer fırça yüzeyler üzerine pH’nın etkisini incelemek amacıyla, temas açısı titrasyonları gerçekleĢtirilmiĢtir. Temas açıları, pH 2-12 aralığında BR tampon çözeltileri, Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeyleri üzerine damlatılarak alınan üç ölçüm sonucu ortalama tek değer olarak verilmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait temas açılarının 118 pH ile değiĢimi ġekil 7.48’de verilmiĢtir. Görüldüğü gibi pH değiĢimi ile Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin temas açısı değerlerinin çok fazla değiĢmediği gözlenmiĢtir. Bu durum; Si-k-PVBTAC, Si-yaPVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerinin katyonik karakterinin pH’ya bağlı olmadığını göstermektedir. ġekil 7.48. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait temas açılarının pH ile değiĢimi 119 7.4.6. Polimerin mol kütlesi tayini Hazırlanan Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC fırçaların mol kütlesi, polimerizasyon çözeltisinden alınan serbest PVBTAC polimerleri ile beĢ farklı polimerizasyon süresi için ıĢık saçılımı ve refraktif indeks dedektörler kullanılarak jel geçirgenlik kromotografisi (GPC) ile belirlenmiĢtir. Monomerin % dönüĢümü FTIR ve gravimetrik yöntem ile hesaplanmıĢ ve sayıca ortalama mol kütlesinin teorik değeri belirlenmiĢtir. Alıkonma süresinin, polimerizasyon süresi ile değiĢimi ġekil 7.49’da verilmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla, her üç yöntemle hazırlanan PVBTAC’ün mol kütlesinin arttığı ve alıkonma süresinin düĢtüğü görülmektedir [Alidedeoglu ve ark., 2009; Scales ve ark., 2005; Yu ve ark., 2009]. 120 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından, Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimerlerinin mol kütleleri sırasıyla; 49 000 g/mol, 43 140 g/mol ve 51 240 g/mol olarak belirlenmiĢtir. XPS ve elipsometrik kalınlık verileri ile uyumlu olarak en yüksek mol kütlesine sahip yüzeyin Si-yb-PVBTAC’e ait olduğu belirlenmiĢtir. Üç yöntem için polimerizasyon süresinin bir fonksiyonu olarak normalize alan ve % dönüĢüm eğrileri ġekil 7.50’de verilmiĢtir. Polimerizasyon süresi ile vinilik -C-H gerilmesinin Ģiddetinin her üç yöntem için düĢtüğü ve % dönüĢümün arttığı gözlenmiĢtir. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimerleri için, 120 dakika sonunda monomer % dönüĢümleri sırasıyla; % 93,41, % 88,17 ve % 96,02 olarak belirlenmiĢ ve 120 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından, % dönüĢümün lineerlikten saptığı gözlenmiĢtir. En yüksek monomer dönüĢümünün, Si-yb-PVBTAC fırçaların sentezi sırasında meydana geldiği belirlenmiĢtir. 120 ġekil 7.49. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC polimerlerin alıkonma sürelerinin polimerizasyon süresi ile değiĢimi 121 ġekil 7.50. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için polimerizasyon süresinin bir fonksiyonu olarak normalize alan ve % dönüĢüm grafiği. a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-ybPVBTAC 122 ġekil 7.51. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için yarı-logaritmik kinetik eğrileri a) Si-k-PVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC’e ait yarı-logaritmik kinetik eğrileri ġekil 7.51’de verilmiĢtir. Her üç polimer için polimerizasyonun baĢlangıcında monomer dönüĢümünün baĢladığı gözlenmektedir. Bu tür baĢlangıçlar genellikle RAFT polimerizasyonunda gözlenir [Millard ve ark., 2010]. PVBTAC’ün homopolimerizasyonu her üç yüzey için, sonlanma basamağı olmaksızın serbest radikal deriĢiminin polimerizasyon süresince sabit kaldığı ve polimerizasyon süresi ile doğrusal olarak ilerlediği ġekil 7.51’de görülmektedir. Polimerlerin mol kütlesinin ve heterojenlik indeksinin, polimerizasyon süresi ile değiĢimi ġekil 7.52’de verilmiĢtir. Polimerlerin mol kütlesinin polimerizasyon süresi ile lineer olarak arttığı ġekil 7.52’de görülmektedir. Polimerizasyon süresi ile polimerin mol kütlesi arasındaki lineer iliĢki ile beraber, polimerlere ait heterojenlik indeksinin düĢük olması VBTAC’ün RAFT koĢullarındaki homopolimerizasyonunun 123 kontrollü olduğunu göstermektedir [Erkoc ve Acar, 2008; Millard ve ark., 2010; Steinhauer ve ark., 2010]. HI değerlerinin polimerizasyon süresi ile çok fazla değiĢim göstermediği ve HI değerlerinin 1,08 ile 1,27 aralığında olduğu belirlenmiĢtir. ġekil 7.52. VBTAC monomerinin çözeltide gerçekleĢen RAFT polimerizasyonu için % dönüĢümün bir fonksiyonu olarak M n ve HI grafiği a) Si-kPVBTAC, b) Si-ya-PVBTAC ve c) Si-yb-PVBTAC Her üç yöntemle hazırlanan polimerlerin teorik ve deneysel mol kütleleri karĢılaĢtırıldığında, kabul edilebilir oranda birbirlerine yakın oldukları ġekil 7.52’de 124 görülmektedir. Polimerizasyon çözeltisinde bulunan CPADB’ın yanı sıra katı Si(111) yüzeyinde bulunan CPADB’ın polimerizasyon boyunca gösterdiği yüksek etkinlik sebebiyle teorik ve deneysel mol kütleleri birbirine oldukça yakındır [Li ve Benicewicz, 2008]. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeyleri birbiri ile karĢılaĢtırıldığında, Si-yb-PVBTAC yüzeyi için teorik ve deneysel mol kütleleri arasındaki farkın diğer yüzeylerden daha fazla olduğu belirlenmiĢtir. Bu durum Siya-PVBTAC polimer fırçaların sentezi sırasında kullanılan Si-NH-Azo yüzeyinden kaynaklanabilir. Si-k-PVBTAC ve Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin hazırlanması sırasında kullanılan yüzeyler üzerinde RAFT ajanının bağlı olması, polimerizasyon çözeltisinde yer alan RAFT ajanı deriĢiminin artmasına neden olduğu düĢünülmektedir. FT-IR ile belirlenen % dönüĢüm değerlerinin, gravimetrik yöntemle belirlenen % dönüĢüm değerlerinden daha yüksek olduğu gözlenmiĢtir. Spektroskopik yöntemlerle (1H-NMR ve FT-IR) belirlenen % dönüĢümün, gravimetrik yöntemle belirlenen % dönüĢüm değerlerinden çok daha güvenilir olduğu bilinmektedir [Mitsukami ve ark., 2001]. Bu nedenle, M n,teorik verileri, EĢ. 3.3 yardımıyla ve FT-IR ile belirlenen % dönüĢüm değerleri kullanılarak hesaplanmıĢtır. Çizelge 7.11’de her üç yöntemle hazırlanan polimerlerin GPC verileri ile beraber FT-IR ve gravimetrik olarak hesaplanan % dönüĢüm verileri toplu olarak verilmiĢtir. Çizelge 7.11 incelendiğinde polimerizasyon süresinin artmasıyla PVBTAC polimerinin mol kütlesinin arttığı görülmektedir. Genel olarak GPC ile belirlenen molekül kütleleri, EĢ. 3.3 ile belirlenen teorik mol kütlesi değerlerine oldukça yakın olmakla beraber aradaki fark baĢlatıcı etkinliğinin birden farklı olmasından kaynaklandığı düĢünülmektedir. Çizelge 7.11’de verilen baĢlatıcı etkinliği değerleri bu durumu desteklemektedir. 125 Çizelge 7.11. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimerlerinin GPC verileri Yüzey Si-kPVBTAC Si-yaPVBTAC Si-ybPVBTAC HI Polimerizasyon M n b c M n ,teorik fe a % dönüĢüm % dönüĢüm b,d süresi (dakika) (g/mol) (g/mol) ( M w / M n ) 15 15 100 26,19 13,78 13 302 1,18 0,88 30 24 600 47,62 26,41 23 956 1,14 0,97 60 37 300 70,78 56,74 35 466 1,15 0,95 90 43 070 86,44 75,49 43 263 1,04 1,01 120 49 000 93,41 82,78 46 723 1,19 0,95 15 10 470 19,54 8,59 9 992 1,12 0,95 30 19 300 37,19 19,91 18 770 1,21 0,97 60 31 820 62,32 47,95 31 265 1,20 0,98 90 38 800 79,06 70,62 39 588 1,08 1,02 120 43 140 88,17 77,73 44 118 1,11 1,02 15 21 100 36,94 29,04 18 646 1,27 0,88 30 33 180 61,14 53,23 30 678 1,24 0,92 60 41 700 78,22 71,21 39 170 1,26 0,94 90 46 040 90,76 83,75 45 405 1,16 0,99 120 51 240 96,02 88,57 48 021 1,14 0,94 Mol kütlesi GPC ile belirlendi. % DönüĢüm FT-IR ile belirlendi. c % DönüĢüm gravimetrik olarak belirlendi. d M n,teorik EĢ 3.3 ile hesaplandı. e f (baĢlatıcı etkinliği) EĢ. 3.4 ile hesaplandı. a b Kontrollü/yaĢayan polimerizasyon tekniklerinin ortak özelliği, heterojenlik indeksi (HI) düĢük polimer sentezine olanak sağlamalarıdır. Ġyi bir kontrollü/yaĢayan 126 polimerizasyonda HI 1,30’dan düĢüktür. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC polimerleri için belirlenen HI değerlerinin 1,30’dan düĢük olduğu Çizelge 7.11’de görülmektedir. Bu durum polimerizasyonun kontrollü olarak yürüdüğünü göstermektedir. Polimerler kendi aralarında karĢılaĢtırıldıklarında, Si-ya-PVBTAC polimeri en düĢük HI’ya sahip iken, Si-yb-PVBTAC polimerinin en yüksek HI’ya sahip olduğu yapılan GPC analizleri sonucunda belirlenmiĢtir. 7.4.7. Polimer fırçaların kantitatif analizi Elipsometrik kalınlık ve polimerin mol kütlesinden yararlanılarak yüzeylerin kantitatif analizleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Yüzey deriĢiminin ve jirasyon yarıçapının hesaplanmasında, polistiren polimerine ait yoğunluk ve statiksel segment uzunluğu değerleri kullanılmıĢtır. PVBTAC’ün yoğunluğu (ρ); 1,05 g/cm3 ve statiksel segment uzunluğu (α); 0,6 nm olarak alınmıĢtır [Iyer ve Luzinov, 2004]. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları Çizelge 7.12’de verilmiĢtir. Si-k-PVBTAC yüzeylerine ait kantitatif analiz sonuçları incelendiğinde polimerizasyon süresi ile, polimer fırçaların kalınlığı ve yüzey deriĢiminin arttığı gözlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin 15 dakikadan 120 dakikaya çıkması ile yüzey deriĢiminin 9,14 mg/m2’den 63,52 mg/m2’ye arttığı belirlenmiĢtir. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin yüzey deriĢimi incelendiğinde, polimerizasyon süresi ile yüzey deriĢiminin arttığı Çizel 7.12’de verilmiĢtir. Si-ya-PVBTAC yüzeyi için polimerizasyon süresinin 15 dakikadan 120 dakikaya yükselmesi ile yüzey deriĢiminin 8,08 mg/m2’den 54,49 mg/m2’ye yükseldiği, benzer Ģekilde Si-yb-PVBTAC yüzeyi için yüzey deriĢiminin 9,76 mg/m2’den 68,88 mg/m2’ye arttığı belirlenmiĢtir. Si-yb-PVBTAC yüzeyinin en yüksek yüzey deriĢimine sahip olduğu gözlenmiĢ ve bu sonucun, mol kütlesi, % dönüĢüm, elipsometrik kalınlık ve XPS sonuçları ile uyumlu olduğu belirlenmiĢtir. 127 Çizelge 7.12. Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylere ait kantitatif analiz sonuçları Yüzey Polimerizasyon h Γ Σ D a 2 2 süresi (dakika) (nm) (mg/m ) (zincir/nm ) (nm) Si-kPVBTAC Si-yaPVBTAC Si-ybPVBTAC a b Rg (nm) D/2Rg fb 15 8,7 9,14 0,36 1,87 2,05 0,46 0,18 30 16,8 17,64 0,43 1,72 2,62 0,33 0,21 60 32,1 33,70 0,54 1,53 3,24 0,24 0,26 90 44,7 46,93 0,66 1,39 3,48 0,20 0,32 120 60,5 63,52 0,78 1,28 3,72 0,17 0,38 15 7,7 8,08 0,46 1,66 1,70 0,49 0,19 30 14,3 15,02 0,47 1,65 2,32 0,36 0,19 60 26,9 28,24 0,53 1,54 2,99 0,26 0,22 90 39,3 41,26 0,64 1,41 3,30 0,21 0,26 120 51,9 54,49 0,76 1,29 3,48 0,19 0,31 15 9,3 9,76 0,28 2,14 2,43 0,34 0,13 30 15,8 16,59 0,30 2,06 3,05 0,34 0,14 60 34,3 36,02 0,52 1,56 3,43 0,23 0,24 90 51,5 54,08 0,71 1,34 3,60 0,19 0,32 120 65,6 68,88 0,81 1,26 3,80 0,16 0,37 Elipsometrik kalınlık. Si-k-PVBTAC ve Si-ya-PVBTAC için RAFT ajanının, Si-yb-PVBTAC için baĢlatıcının etkinliği EĢ. 7.1 ile hesaplandı. Birim alanda bulunan zincir sayısını veren bağlanma yoğunlukları incelendiğinde, her üç yüzey içinde polimerizasyon süresinin artmasıyla bağlanma yoğunluklarının arttığı belirlenmiĢtir. 120 dakikalık polimerizasyon sonunda Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerine ait bağlanma yoğunlukları sırasıyla; 128 0,78 zincir/nm2, 0,76 zincir/nm2 ve 0,81 zincir/nm2 olarak EĢ. 2.2 yardımıyla hesaplanmıĢtır. Yüzeye adsorbe olmuĢ polimer zincirleri arasındaki uzaklıklar değerlendirildiğinde, polimerizasyon süresinin 15 dakikadan 120 dakikaya çıkması ile Si-k-PVBTAC yüzeyi için 1,87 nm’den 1,28 nm’ye, Si-ya-PVBTAC yüzeyi için 1,66 nm’den 1,29 nm’ye ve son olarak Si-yb-PVBTAC yüzeyi için ise 2,14 nm’den 1,26 nm’ye değiĢtiği belirlenmiĢtir. Polimer zincirlerinin bağlanma yoğunluklarının artması ile polimer zincirleri arasındaki uzaklıklar düĢmektedir. Sayıca ortalama polimerizasyon derecesi kullanılarak EĢ. 2.4 yardımıyla polimer fırçaların jirasyon yarıçapı hesaplanmıĢ ve sonuçlar Çizelge 7.12 verilmiĢtir. Polimer fırçaların jirasyon yarıçapları incelendiğinde, 120 dakikalık polimerizasyon süresinin ardından, Si-k-PVBTAC için 3,72 nm, Si-ya-PVBTAC için 3,48 nm ve Si-yb-PVBTAC için ise 3,80 nm olarak belirlenmiĢtir. Organik tek tabakalar üzerine bağlanan RAFT ajanı ve baĢlatıcının etkinliği EĢ. 7.1 yardımıyla bağlanma yoğunluklarından hesaplanabilir. f Polimer RAFT ajanı veya Başlatıcı (7.1) ΣPolimer (zincir/nm2) polimerin bağlanma yoğunluğu, ΣRAFT ajanı veya Başlatıcı (zincir/nm2) RAFT ajanı veya baĢlatıcı bağlı yüzeyin bağlanma yoğunluğudur. EĢ. 7.1 yardımıyla hesaplanan RAFT ajanı veya baĢlatıcının etkinlikleri Çizelge 7.12’de toplu olarak verilmiĢtir. Ġlgili çizelge incelendiğinde etkinlik değerlerinin % 13-38 aralığında değiĢtiği gözlenmiĢtir. Polimerizasyon süresinin artmasıyla Si-k-PVBTAC ve Si-NH-PVBTAC polimerleri için RAFT ajanının, Si-NH-PVBTAC polimeri için ise baĢlatıcının etkinliğinin arttığı belirlenmiĢtir. Yüzeye adsorbe olmuĢ makromoleküller arasındaki uzaklık ve makromoleküllerin jirasyon yarıçap değerleri karĢılaĢtırılarak, adsorbe olmuĢ polimerin konformasyonu 129 da belirlenebilir. Bu amaçla, Çizelge 7.12’de verilen D/2Rg verileri değerlendirildiğinde, her üç yüzey için farklı polimerizasyon sürelerinde hazırlanan polimer zincirlerinin fırça konformasyonunda olduğu belirlenmiĢtir. 7.5. Polimer Fırçalara DNA Ġmmobilizasyonu DNA, yapısındaki fosfat grupları nedeniyle negatif yüklü bir biyomoleküldür. Bu özelliği nedeniyle pozitif yüklü katı bir destek üzerine elektrostatik etkileĢimlerle kolaylıkla tutunabilir [Schouten ve ark., 1999; van den Berg ve ark., 2010; Zhao ve ark., 2006]. Bu çalaıĢmada sentezlenen PVBTAC polimer fırçalar, pH= 2-12 aralığında pozitif yüklü olduklarından DNA immobilizasyonunda kullanılmıĢtır. ġekil 7.53. Polimer fırça üzerine DNA immobilizasyonu DNA molekülü için uygun çalıĢma pH değerinde (pH= 7,4) pozitif yüklenebilen bu polimerik fırçalar DNA adsorpsiyonuna uygun bir katı destek maddesi özelliği taĢımaktadır. Hazırlanan polimer fırçalar içerisinden, yüzey pürüzlülüğü en düĢük olan Si-ya-PVBTAC yüzeyi DNA immobilizasyonunda kullanılmıĢtır. ġekil 7.53’de DNA molekülü ile polimer fırçalar arasındaki elektrostatik etkileĢim Ģematik olarak gösterilmiĢtir. 130 Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait floresans mikroskobu ve üç boyutlu yüzey görüntüleri ġekil 7.54’de verilmiĢtir. Si-ya-PVBTAC yüzeyine ait floresans mikroskobu görüntüsünde, polimer fırçalardan kaynaklanan herhangi bir floresans sinyali gözlenmemiĢtir. ġekil 7.54. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin 2- ve 3- boyutlu yüzey görüntüleri Hazırlanan yüzeylerin DNA adsorpsiyon kapasitelerine, DNA deriĢimi ve bekletme süresi etkisi incelenmiĢtir. 7.5.1. DNA immobilizasyonuna DNA deriĢimi etkisi Biyoteknolojik uygulamalarda kullanılmak üzere hazırlanan katı destek materyallerine, DNA deriĢiminin etkisi önemli parametrelerden birisidir [Demirel ve ark., 2009]. Bu sebeple optimum DNA deriĢimi belirlenmelidir. Bu çalıĢmada, DNA deriĢimi etkisinin belirlenmesi amacı ile, pH= 7.4 tris-EDTA tamponu kullanılarak farklı deriĢimlerde DNA çözeltileri hazırlanmıĢtır. Si-yaPVBTAC yüzeyler, Cy3 floresans etiketli DNA çözeltilerinde 12 saat süre ile bekletilmiĢ ve bu süre sonunda sırası ile tris-EDTA tamponu ve su ile yıkanmıĢtır. Argon gazı ile kurutulan yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları belirlenmiĢtir. Yüzey üzerinden beĢ farklı noktadan alınan ölçümler ortalama tek değer olarak verilmiĢ ve polimer fırçanın kalınlığı çıkartılarak, DNA tabakasının kalınlıkları hesaplanmıĢtır. 131 Elipsometrik kalınlıkların belirlenmesi için; Si, SiO2, DNA ve hava olmak üzere dört katmanlı bir model oluĢturulmuĢtur. OluĢturulan bu modelde SiO2 kalınlığı 2,91 nm, kırılma indisleri ise sırasıyla; 3,8650, 1,4605, 1,4600 ve 1,0000 olarak alınmıĢtır [Demirel ve Çaykara, 2009]. ġekil 7.55. Elipsometrik kalınlık (a) ve yüzey deriĢiminin (b) DNA deriĢimi ile değiĢimi (25 °C ve 12 saat) 132 DNA deriĢiminin 0,025 mg/mL’den 0,10 mg/mL’ye artması ile polimer fırça üzerine adsorbe olan DNA tabakasının kalınlığı 2,2±0,5 nm’den 6,8±0,5 nm’ye artmıĢtır. DNA deriĢimi 0,10 mg/mL’nin üzerine çıkarıldığında, elipsometrik kalınlık değerinin hemem hemen aynı kaldığı ve değiĢmediği belirlenmiĢtir (ġekil 7.55.a). DeFeijter ve arkadaĢları, elipsometrik kalınlık ve kırılma indislerini kullanarak protein tabakasının yüzey deriĢimini hesaplayabilmiĢlerdir [Kim ve ark., 2008]. Protein tabakasının ortalama kalınlığı, h (nm), protein tabakasının kırılma indisi, n1 (1,46), tampon çözeltinin kırılma indisi, n2 (1,32) ve farklı deriĢimlerdeki protein çözeltilerinin kırılma indislerinin deriĢim ile değiĢimi, dn/dc (0,185 cm3/g) [Reschel ve ark., 2002; Tumolo ve ark., 2004; Zhao ve ark., 2008] olmak üzere, protein tabakasının yüzey deriĢimi EĢ. 7.2 ile belirlenmiĢtir. h n1 n2 (7.2) dn / dc EĢ. 7.2 yardımıyla hesaplanan yüzey deriĢimi değerlerinin, DNA deriĢimi ile değiĢimi ġekil 7.55.b’de verilmiĢtir. 0,10 mg/mL DNA deriĢimine kadar yüzey deriĢiminin arttığı görülmüĢtür. DNA deriĢimin 0,025 mg/mL’den 0,10 mg/mL’ye çıkması ile yüzey deriĢimi 1,67 ng/mm2’den 5,15 ng/mm2’ye artmıĢtır. Bu sonuç, Si-ya-PVBTAC yüzey üzerine gerçekleĢtirildiğini yoğun göstermektedir. bir DNA Ģekilde deriĢimi DNA adsorpsiyonunun 0,10 mg/mL üzerine çıkarıldığında, yüzey deriĢiminde önemli ölçüde bir değiĢikliğin olmadığı ġekil 7.54.b’de görülmektedir. Denge durumunda polimer fırça yüzeyine DNA adsorpsiyonu için Langmuir denklemi modifiye edilerek (EĢ. 7.3) kullanılmıĢtır. Ci 1 C i e K m m m (7.3) 133 ġekil 7.56. Polimer fırça üzerine DNA adsorpsiyon izotermi Ci (mg/mL), DNA çözeltisinin baĢlangıç deriĢimi, Γe (ng/mm2) denge yüzey deriĢimi, Γm (ng/mm2) denge maksimum yüzey deriĢimi ve Km (mL/mg) adsorpsiyon sabiti olmak üzere; Ci/Γe-Ci doğrusunun eğim ve kaymasından sırasıyla 1/Γm ve 1/KmΓm belirlenmiĢtir. Langmuir izoterminin temel özellikleri, EĢ. 7.4 ile belirlenebilen bir ayırma faktörü ya da denge parametresi ile belirlenmesi mümkündür [Ngah ve ark., 2002]. EL 1 1 K mCi (7.4) Buna göre EL’ye bağlı olarak dört durum söz konusudur; eğer EL>1 ise tercih edilmeyen, EL=1 ise lineer, 0<EL<1 ise tercih edilen ve EL=0 ise tersinmez izoterm Ģekli gösterir. Polimer fırçalara ait adsorpsiyon izotermi incelendiğinde, artan DNA deriĢimi ile adsorpsiyonun arttığı belirlenmiĢtir (ġekil 7.56). Ġlgili Ģekilden Γm=7,91 ng/mm2 ve Km=12,05 mL/mg olarak belirlenmiĢtir. Farklı DNA deriĢimlerinde hesaplanan EL 134 değeri Çizelge 7.13’de verilmiĢtir. Ġlgili çizelge incelendiğinde, DNA deriĢiminin 0,025 mg/mL’den 0,25 mg/mL’ye artmasıyla EL değerinin 0,768’den 0,249’a düĢtüğü gözlenmiĢtir. Bu sonuç hazırlanan polimer fırçalar üzerine DNA adsorpsiyonunun tercih edilen özellikte olduğu belirlenmiĢtir. Çizelge 7.13. EL değerlerinin DNA deriĢimi ile değiĢimi DNA deriĢimi (mg/mL) Γ (ng/mm2) EL 0,025 1,67 0,77 0,050 2,88 0,62 0,075 3,41 0,52 0,10 5,15 0,46 0,15 5,45 0,36 0,20 5,60 0,29 0,25 5,68 0,25 DNA deriĢimi 0,10 mg/mL’nin üzerine çıkarıldığında yüzey deriĢimlerinin, hemen hemen sabit kaldığı belirlenmiĢtir. Bu nedenle, DNA immobilizasyonu sağlanan Siya-PVBTAC yüzeylerin floresans mikroskobu ve AFM analizleri sırası ile 0,025 mg/mL, 0,05 mg/mL ve 0,10 mg/mL DNA çözeltisi içerisinde bekletilen yüzeyler için gerçekleĢtirilmiĢtir. 135 ġekil 7.57. a) 0,025 mg/mL, b) 0,05 mg/mL ve c) 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 2- ve 3-boyutlu yüzey görüntüleri (25 °C ve 12 saat) ġekil 7.57’da DNA adsorplanmıĢ Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait floresans mikroskobu görüntüleri ve yüzeyler üzerinde floresans Ģiddetlerinin üç boyutlu dağılımları verilmiĢtir. Ġlgili Ģekil incelendiğinde Si-ya-PVBTAC yüzeyleri için DNA deriĢiminin artmasıyla floresans sinyalinin arttığı belirlenmiĢtir. DNA deriĢiminin yüzeyler üzerinde artması ile adsorpsiyonun artması beklenen bir sonuçtur. 136 ġekil 7.58’de 0,025 mg/mL, 0,05 mg/mL ve 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC alınan floresans sinyali, DNA deriĢimine karĢı grafiğe geçirilmiĢtir. Ġlgili grafik incelendiğinde, Cy3 etiketli DNA deriĢimi 0,025 mg/mL’den 0,10 mg/mL’ye arttırıldığında elde edilen floresans Ģiddetlerinde belirgin bir artıĢ gözlenmiĢtir. ġekil 7.58. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin floresans Ģiddetlerinin DNA deriĢimine bağlı değiĢimi (25 °C ve 12 saat) 0,025 mg/mL, 0,05 mg/mL ve 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-yaPVBTAC yüzeylerinin morfolojileri AFM ile belirlenmiĢtir. ġekil 7.59’da farklı DNA deriĢimlerine sahip çözeltilerde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait AFM görüntüleri verilmiĢtir. Ġlgili Ģekil incelendiğinde DNA deriĢiminin artması ile bağlanma yoğunluğunun ve RMS değerinin arttığı belirlenmiĢtir. DNA deriĢiminin 0,025 mg/mL’den 0,10 mg/mL’ye çıkması ile RMS değerinin 5,869 nm’den 7,434 nm’ye çıktığı belirlenmiĢtir. Ayrıca polimer fırçalar üzerinde DNA molekülünün kümelendiği AFM görüntülerinde görülmektedir. 137 ġekil 7.59. a) 0,025 mg/mL, b) 0,05 mg/mL ve c) 0,10 mg/mL DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerin 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri (25 °C ve 12 saat) Hansma ve arkadaĢları, silisyum yüzeyinde tek, ikili ve üçlü sarmal DNA zincirlerinin AFM ile analizlerini gerçekleĢtirmiĢlerdir. Genellikle, AFM analizlerinde kısa DNA molekülü (100 veya 200 baz çifti) çubuk Ģeklinde gözlenirken, tek sarmal DNA molekülünün küresel olduğu belirlenmiĢtir. Daha düĢük baz çifti içeren ikili sarmal DNA moleküllerinin tutarlı bir moleküler uyum 138 göstermedikleri ve hem çubuk hem de küresel Ģekilde oldukları belirlenmiĢtir. 25 ve 50 baz içeren tek sarmal DNA moleküllerinin AFM görüntülerinde, 50 bazlık DNA molekülünün 25 bazlık DNA molekülüne göre daha düĢük yarıçapa ve homojen bir yapıya sahip olduğu belirlenmiĢtir. Bu durum 25 bazlık DNA molekülü için yığılmanın mümkün olduğunu göstermektedir [Hansma ve ark., 1996]. Demirel ve arkadaĢları tarafından gerçekleĢtirilen baĢka bir çalıĢmada ise 346 baz çifti içeren ikili sarmal DNA molekülünün katyonik polimer yüzeyine elektrostatik etkileĢimler ile bağlanması sağlanmıĢtır. AFM analizleri sonucunda DNA molekülünün yüzey üzerinde kümeleĢtiği ve dairesel yapıların oluĢtuğu belirlenmiĢtir [Demirel ve Çaykara, 2009]. GerçekleĢtirilen analizler sonucunda, DNA deriĢiminin artması ile elipsometrik kalınlık ve yüzey deriĢiminin arttığı floresans mikroskobu görüntüleri ile desteklenmiĢtir. Ayrıca, DNA deriĢiminin artması ile kümelenmelerin meydana geldiği AFM analizleri sonucunda belirlenmiĢtir. 7.5.2. DNA immobilizasyonuna bekletme süresi etkisi DNA immobilizasyonunda kullanılacak katı destek materyeli için önemli olan bir baĢka parametre ise bekletme süresi etkisidir. Hazırlanan Si-ya-PVBTAC yüzeyleri 0,10 mg/mL DNA deriĢimindeki çözeltiler içerisinde 25 °C’de çeĢitli sürelerde bekletilerek, yüzeyler üzerinde DNA adsorpsiyonunun gerçekleĢmesi sağlanmıĢtır. Bu sürelerin sonunda yüzeyler önce tampon çözeltisi daha sonra saf su ile yıkanmıĢ ve argon gazı ile kurutulmuĢtur. Kurutma iĢleminin ardından, yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları yüzeyin beĢ farklı noktasından ölçülmüĢ ve dört fazlı bir model ile değerlendirilerek ortalama tek değer olarak verilmiĢtir. Polimer yüzeyine adsorplanan DNA molekülünün yüzey deriĢimi EĢ. 7.2 yardımıyla hesaplanmıĢtır. ġekil 7.60’da yüzey deriĢiminin zamanla değiĢimi verilmiĢtir. Ġlgili grafik incelendiğinde, ilk 12 saat boyunca yüzey deriĢiminin arttığı ve 12 saat sonunda 5,15 ng/mm2’ye ulaĢtığı belirlenmiĢtir. Bu süre sonunda yüzey kalınlığı ve 139 yüzey deriĢiminde fazla bir artıĢ olmadığı ve sabit kaldığı ġekil 7.60’da da görülmektedir. ġekil 7.60. Elipsometrik kalınlık (a) ve yüzey deriĢiminin (b) bekletme süresi ile değiĢimi (25 °C ve 0,10 mg/mL) 140 ġekil 7.61. a) 6 saat, b) 12 saat, ve c) 24 saat DNA çözeltisinde bekletilen Si-yaPVBTAC yüzeylerin 2- ve 3-boyutlu yüzey görüntüleri (25 °C ve 0,10 mg/mL) DNA immobilizasyonuna bekletme süresinin incelenmesi amacıyla hazırlanan yüzeylerin 20X büyütmeli floresans mikroskobu görüntüleri alınmıĢtır. 6 saat, 12 saat ve 24 saat süre ile DNA çözeltisi içerisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerine ait 2- ve 3-boyutlu floresans mikroskobu görüntüleri ġekil 7.61’de verilmiĢtir. Ġlgili Ģekil incelendiğinde, artan bekletme süresine bağlı olarak yüzey üzerindeki floresans sinyalinin arttığı görülmektedir. 141 0,10 mg/mL DNA çözeltisi içerisinde 6 saat, 12 saat ve 24 saat süre ile bekletilen Siya-PVBTAC yüzeylerinden alınan floresans sinyali, bekletme süresine karĢı grafiğe alınmıĢtır. Bekletme süresinin floresans Ģiddeti ile değiĢimini veren ġekil 7.62 incelendiğinde, artan bekletme süresi ile floresans Ģiddetinin arttığı belirlenmiĢtir. Si-ya-PVBTAC yüzeyleri için bekletme süresi 6 saatten 24 saate artması ile yüzeyden alınan floresans sinyali yaklaĢık % 50 artıĢ göstermiĢtir. ġekil 7.62. Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin floresans Ģiddetlerinin bekletme süresine bağlı değiĢimi (25 °C ve 0,10 mg/mL) 6 saat, 12 saat ve 24 saat DNA çözeltisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeylerinin AFM görüntüleri ġekil 7.63’de verilmiĢtir. Ġlgili Ģekil incelendiğinde bekletme süresinin artması ile bağlanma yoğunluğunun ve RMS değerinin arttığı belirlenmiĢtir. 12 saat DNA çözeltisi içerisinde bekletilen Si-ya-PVBTAC yüzeyinin bağlanma yoğunluğunun en yüksek olduğu gözlenmiĢtir. Ayrıca polimer fırçalar üzerinde DNA molekülünün kümelendiği AFM görüntülerinden belirlenmiĢtir. 142 ġekil 7.63. a) 6 saat, b) 12 saat, ve c) 24 saat DNA çözeltisinde bekletilen Si-yaPVBTAC yüzeylerin 3- ve 2-boyutlu AFM görüntüleri (25 °C ve 0,10 mg/mL) Sonuç olarak, hazırlanan Si-ya-PVBTAC fırçalar üzerine DNA immobilizasyonunun gerçekleĢtiği belirlenmiĢtir. DNA immobilizasyonuna, DNA deriĢimi ve bekletme süresinin etkisi araĢtırılmıĢ ve 25 °C’de maksimum adsorpsiyonun 0,10 mg/mL DNA deriĢiminde ve 12 saatlik immobilizasyon süresi ile sağlandığı belirlenmiĢtir. Bu durum DNA immobilizasyonunda kullanılabilecek kararlıkta ve özellikte katyonik 143 polimer fırçaların RAFT polimerizasyonu hazırlanabildiğini göstermektedir. ile Si(111) yüzeyler üzerine 144 8. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER RAFT ajanı CPADB sentezlendi, kimyasal yapısı 1H-NMR ve FT-IR spektrumları ile aydınlatıldı. Hidroksil sonlu silisyum yüzeylere önce kendiliğinden düzenlenen tek tabaka yöntemiyle (3-bromopropil)trimetoksisilan molekülü bağlandı. Daha sonra sodyum azid ile klik reaksiyonunda kullanılacak azid sonlu (Si-N3) yüzeyler hazırlandı. Hidrojen sonlu silisyum yüzeylere allilamin molekülü bağlanarak amin sonlu (Si-NH2) yüzeyler elde edildi. Hazırlanan fonksiyonel uçlu Si-N3 ve Si-NH2 yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları sırası ile; 0,9±0,3 nm ve 0,6±0,3 nm, yüzey pürüzlülüğünün ölçüsü olan RMS değerleri; 0,59 nm ve 0,39 nm, su temas açıları; 49,7±0,7° ve 57,7±0,9° ve histerizi değerleri; 16,6° ve 11,8° olarak belirlendi. Elipsometrik kalınlık yardımıyla Si-N3 ve Si-NH2 yüzeyler için bağlanma yoğunlukları sırası ile; 2,76 zincir/nm2 ve 3,60 zincir/nm2 olarak hesaplandı. Alkil sonlu CPADB, CPSE ve ACPCl molekülleri sentezlendi. Bu moleküller SiN3, Si-NH2 ve Si-NH2 yüzeylere bağlanarak Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve SiNH-Azo yüzeyler hazırlandı. Yüzeylerin kimyasal ve yapısal karakterizasyonu XPS ve FT-IR ile yapıldı. Bu yüzeylerin elipsometrik kalınlıklar sırası ile; 2,0±0,4 nm, 1,7±0,5 nm ve 1,6±0,7 nm, RMS değerleri; 0,91 nm, 0,80 nm ve 0,82 nm, su temas açıları; 55,4±0,5°, 61,2±0,4° ve 42,6±0,7° histerizi değerleri ise, 18,6, 13,5 ve 19,1° olarak belirlendi. Elipsometrik kalınlıklar kullanılarak, bağlanma yoğunlukları Si-k-CPADB, SiNH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyleri için sırasıyla; 2,06 zincir/nm2, 2,62 zincir/nm2 ve 2,32 zincir/nm2 olarak bulundu. 145 RAFT polimerizasyonuyla Si-k-CPADB, Si-NH-CPADB ve Si-NH-Azo yüzeyleri kullanılarak katyonik PVBTAC fırçaları hazırlandı. Yüzeylerin kimyasal ve yapısal karakterizasyonu XPS ve FT-IR ile yapıldı. 120 dakikalık polimerizasyon süresinde Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-ybPVBTAC yüzeylerin elipsometrik kalınlıkları sırası ile; 60,5 nm, 51,9 nm ve 65,6 nm, RMS değerleri; 7,97 nm, 7,46 nm ve 9,80 nm, su temas açıları; 38,6±0,9°, 43,3±0,7° ve 39,5±0,4°, histerizi değerleri ise; 8,8°, 8,6° ve 11,3° olarak belirlendi. Bu yüzeylerin katyonik karakterinin pH ile değiĢmediği gözlendi. Sentezlenen polimerlerin mol kütleleri jel geçirgenlik kromotografisi ile belirlendi. Polimerizasyon süresinin artmasıyla polimerin mol kütlesinin arttığı belirlendi. Yarı-logaritmik kinetik eğrilerinden, her üç yüzey için PVBTAC’ın mol kütlesinin polimerizasyon süresi ile lineer olarak arttığı, dolayısıyla homopolimerizasyonun kontrollü mekanizmayla gerçekleĢtiği belirlendi. 120 dakikalık polimerizasyon süresinin sonunda Si-k-PVBTAC, Si-ya-PVBTAC ve Si-yb-PVBTAC yüzeylerin bağlanma yoğunlukları sırası ile; 0,78 zincir/nm2, 0,76 zincir/nm2 ve 0,81 zincir/nm2 olarak bulundu. Polimer zincirleri arası uzaklık ve jirasyon yarıçapları kullanılarak, bu yüzeylere polimer zincirlerinin fırça konformasyonunda bağlandıkları belirlendi. En düĢük yüzey pürüzlülüğüne (RMS=7,46 nm) sahip Si-ya-PVBTAC yüzeyler DNA immobilizasyonunda kullanıldı. Çözeltideki DNA deriĢiminin artması ile yüzeydeki DNA deriĢiminin 1,67 ng/mm2’den 5,68 ng/mm2’ye, RMS değerinin ise; 5,87 nm’den 7,43 nm’ye arttığı gözlendi. 146 EL değerlerinin 0<EL<1 aralığında ve DNA immobilizasyonunun tercih edilen özellikte olduğu belirlendi. Hazırlanan katyonik PVBTAC fırçaların DNA immobilizasyonunda kullanılma potansiyeline sahip olduğu belirlendi. PVBTAC fırçaların katyonik karakterinin tersinir olarak kontrol edilebilmesi ile gen aktarımı ya da tersinir DNA immobilizasyonuna olanak sağlayacak özellikte yüzeylerin hazırlanması mümkün gözükmektedir. 147 KAYNAKLAR Akman, A., Tuncer, T., "YaĢamın Ģifresi: Ġnsan genom projesi", ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim A.Ş., Ankara, 1-21 (2007). Al-Bataineh, S. A., Britcher, L. G., Griesser, H. J., "XPS characterization of the surface immobilization of antibacterial furanones" Surface Science, 600(4): 952-962 (2006). Albertin, L., Stenzel, M., Barner-Kowollik, C., Foster, L. J. R., Davis, T. P., "Welldefined glycopolymers from RAFT polymerization: Poly(methyl 6-O-methacryloylalpha-D-glucoside) and its block copolymer with 2-hydroxyethyl methacrylate" Macromolecules, 37(20): 7530-7537 (2004). Alidedeoglu, A. H., York, A. W., McCormick, C. L., Morgan, S. E., "Aqueous RAFT polymerization of 2-aminoethyl methacrylate to produce well-defined, primary amine functional homo- and copolymers" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 47(20): 5405-5415 (2009). Arita, T., Beuermann, S., Buback, M., Vana, P., "RAFT polymerization of methyl acrylate in carbon dioxide" Macromolecular Materials and Engineering, 290(4): 283-293 (2005). Arita, T., Buback, M., Vana, P., "Cumyl dithiobenzoate mediated RAFT polymerization of styrene at high temperatures" Macromolecules, 38(19): 7935-7943 (2005). Asanuma, H., Lopinski, G. P., Yu, H. Z., "Kinetic control of the photochemical reactivity of hydrogen-terminated silicon with bifunctional molecules" Langmuir, 21(11): 5013-5018 (2005). Bae, W. S., Convertine, A. J., McCormick, C. L., Urban, M. W., "Effect of sequential layer-by-layer surface modifications on the surface energy of plasmamodified poly(dimethylsiloxane)" Langmuir, 23(2): 667-672 (2007). Balamurugan, S. S., Soto-Cantu, E., Cueto, R., Russo, P. S., "Preparation of organosoluble silica-polypeptide particles by "click" chemistry" Macromolecules, 43(1): 62-70 (2010). Barner-Kowollik, C., "Handbook of RAFT polymerization", Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 1-4 (2008). Barner, L., Zwaneveld, N., Perera, S., Pham, Y., Davis, T. P., "Reversible additionfragmentation chain-transfer graft polymerization of styrene: Solid phases for organic and peptide synthesis" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 40(23): 4180-4192 (2002). 148 Barsbay, M., Güven, O., Davis, T. P., Barner-Kowollik, C., Barner, L., "RAFTmediated polymerization and grafting of sodium 4-styrenesulfonate from cellulose initiated via gamma-radiation" Polymer, 50(4): 973-982 (2009). Bartholome, C., Beyou, E., Bourgeat-Lami, E., Chaumont, P., Lefebvre, F., Zydowicz, N., "Nitroxide-mediated polymerization of styrene initiated from the surface of silica nanoparticles. In situ generation and grafting of alkoxyamine initiators" Macromolecules, 38(4): 1099-1106 (2005). Bartholome, C., Beyou, E., Bourgeat-Lami, E., Chaumont, P., Zydowicz, N., "Nitroxide-mediated polymerizations from silica nanoparticle surfaces: "Graft from" polymerization of styrene using a triethoxysilyl-terminated alkoxyamine initiator" Macromolecules, 36(21): 7946-7952 (2003). Baum, M., Brittain, W. J., "Synthesis of polymer brushes on silicate substrates via reversible addition fragmentation chain transfer technique" Macromolecules, 35(3): 610-615 (2002). Binder, W. H., Sachsenhofer, R., "Click chemistry in polymer and materials science" Macromolecular Rapid Communications, 28(1): 15-54 (2007). Blacklock, J., Mao, G. Z., Oupicky, D., Mohwald, H., "DNA Release Dynamics from Bioreducible Layer-by-Layer Films" Langmuir, 26(11): 8597-8605 (2010). Bock, V. D., Hiemstra, H., van Maarseveen, J. H., "Cu-I-catalyzed alkyne-azide "click" cycloadditions from a mechanistic and synthetic perspective" European Journal of Organic Chemistry, 2005(1): 51-68 (2005). Boren, B. C., Narayan, S., Rasmussen, L. K., Zhang, L., Zhao, H. T., Lin, Z. Y., Jia, G. C., Fokin, V. V., "Ruthenium-catalyzed azide-alkyne cycloaddition: Scope and mechanism" Journal of the American Chemical Society, 130(28): 8923-8930 (2008). Boukherroub, R., Morin, S., Bensebaa, F., Wayner, D. D. M., "New synthetic routes to alkyl monolayers on the Si(111) surface" Langmuir, 15(11): 3831-3835 (1999). Börner, H. G., Beers, K., Matyjaszewski, K., Sheiko, S. S., Möller, M., "Synthesis of molecular brushes with block copolymer side chains using atom transfer radical polymerization" Macromolecules, 34(13): 4375-4383 (2001). Braunecker, W. A., Matyjaszewski, K., "Controlled/living radical polymerization: Features, developments, and perspectives" Progress in Polymer Science, 32(1): 93146 (2007). Chang, L. M., Li, Y., Chu, J., Qi, J. Y., Li, X., "Preparation of core-shell molecularly imprinted polymer via the combination of reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization and click reaction" Analytica Chimica Acta, 680(1-2): 65-71 (2010). 149 Chen, Y. W., Sun, W., Deng, Q. L., Chen, L., "Controlled grafting from poly(vinylidene fluoride) films by surface-initiated reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 44(9): 3071-3082 (2006). Chiefari, J., Chong, Y. K., Ercole, F., Krstina, J., Jeffery, J., Le, T. P. T., Mayadunne, R. T. A., Meijs, G. F., Moad, C. L., Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H., "Living free-radical polymerization by reversible addition-fragmentation chain transfer: The RAFT process" Macromolecules, 31(16): 5559-5562 (1998). Chiefari, J., Mayadunne, R. T. A., Moad, C. L., Moad, G., Rizzardo, E., Postma, A., Skidmore, M. A., Thang, S. H., "Thiocarbonylthio compounds (S=C(Z)S-R) in free radical polymerization with reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT polymerization). Effect of the activating group Z" Macromolecules, 36(7): 22732283 (2003). Chiefari, J., Rizzardo, E., "Control of free-radical polymerization by chain transfer methods", Handbook of Radical Polymerization, Matyjaszewski, K., Davis, T. P., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. 629-690 (2002). Chong, Y. K., Krstina, J., Le, T. P. T., Moad, G., Postma, A., Rizzardo, E.,Thang, S. H., "Thiocarbonylthio compounds [S=C(Ph)S-R] in free radical polymerization with reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT polymerization). Role of the free-radical leaving group (R)" Macromolecules, 36(7): 2256-2272 (2003). Collman, J. P., Devaraj, N. K., Eberspacher, T. P. A.,Chidsey, C. E. D., "Mixed azide-terminated monolayers: A platform for modifying electrode surfaces" Langmuir, 22(6): 2457-2464 (2006). Convertine, A. J., Ayres, N., Scales, C. W., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Facile, controlled, room-temperature RAFT polymerization of N-isopropylacrylamide" Biomacromolecules, 5(4): 1177-1180 (2004). Crescenzi, V., Cornelio, L., Di Meo, C., Nardecchia, S., Lamanna, R., "Novel hydrogels via click chemistry: Synthesis and potential biomedical applications" Biomacromolecules, 8(6): 1844-1850 (2007). Cui, J., Wang, W. P., You, Y. Z., Liu, C. H., Wang, P. H., "Functionalization of multiwalled carbon nanotubes by reversible addition fragmentation chain-transfer polymerization" Polymer, 45(26): 8717-8721 (2004). Czaun, M., Rahman, M. M., Takafuji, M., Ihara, H., "Molecular shape recognitionstructure correlation in a phenylalanine-based polymer-silica composite by surfaceinitiated atom transfer radical polymerization" Polymer, 49(25): 5410-5416 (2008). Davis, K. A., Matyjaszewski, K., "ABC triblock copolymers prepared using atom transfer radical polymerization techniques" Macromolecules, 34(7): 2101-2107 (2001). 150 Demirci, S., Çaykara, T., "Formation of dicarboxylic acid-terminated monolayers on silicon wafer surface" Surface Science, 604(7-8): 649-653 (2010). Demirel, G. B., CoĢkun, S., Kalkan, M., Çaykara, T., "Preparation of a Novel Polymer-Modified Si Surface for DNA Immobilization" Macromolecular Bioscience, 9(5): 472-479 (2009). Demirel, G. B., Çaykara, T., "DNA immobilization on polymer-modified Si surface by controlling pH" Applied Surface Science, 255(13-14): 6571-6576 (2009). Devadoss, A., Chidsey, C. E. D., "Azide-modified graphitic surfaces for covalent attachment of alkyne-terminated molecules by "click" chemistry" Journal of the American Chemical Society, 129(17): 5370-5371 (2007). Devaux, C., Chapel, J. P., Beyou, E., Chaumont, P., "Controlled structure and density of "living" polystyrene brushes on flat silica surfaces" European Physical Journal E, 7(4): 345-352 (2002). Donovan, M. S., Lowe, A. B., Sanford, T. A., McCormick, C. L., "Sulfobetainecontaining diblock and triblock copolymers via reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization in aqueous media" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 41(9): 1262-1281 (2003). Donovan, M. S., Sumerlin, B. S., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Controlled/"living" polymerization of sulfobetaine monomers directly in aqueous media via RAFT" Macromolecules, 35(23): 8663-8666 (2002). Duwez, A. S., Guillet, P., Colard, C., Gohy, J. F., Fustin, C. A., "Dithioesters and trithiocarbonates as anchoring groups for the "grafting-to" approach" Macromolecules, 39(8): 2729-2731 (2006). Ergin, M., Kiskan, B., Gacal, B., Yagci, Y., "Thermally curable polystyrene via click chemistry" Macromolecules, 40(13): 4724-4727 (2007). Erkoc, S., Acar, A. E., "Controlled/living cyclopolymerization of tert-butyl alpha(hydroxymethyl) acrylate ether dimer via reversible addition fragmentation chain transfer polymerization" Macromolecules, 41(23): 9019-9024 (2008). Faucheux, N., Schweiss, R., Lutzow, K., Werner, C., Groth, T., "Self-assembled monolayers with different terminating groups as model substrates for cell adhesion studies" Biomaterials, 25(14): 2721-2730 (2004). Feng, W., Brash, J., Zhu, S. P., "Atom-transfer radical grafting polymerization of 2methacryloyloxyethyl phosphorylcholine from silicon wafer surfaces" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42(12): 2931-2942 (2004). 151 Fleischmann, S., Kornber, H., Appelhans, D., Voit, B. I., "Synthesis of functionalized NMP initiators for click chemistry: A versatile method for the preparation of functionalized polymers and block copolymers" Macromolecular Chemistry and Physics, 208(10): 1050-1060 (2007). Furukawa, Y., Hoshino, T., Morizawa, Y., "Method for the preparation of hydrophilic/hydrophobic patterned surfaces with photoinitiated hydrosilylation" Journal of Applied Polymer Science, 112(2): 910-916 (2009). Gao, H. F., Matyjaszewski, K., "Synthesis of molecular brushes by "grafting onto" method: Combination of ATRP and click reactions" Journal of the American Chemical Society, 129(20): 6633-6639 (2007). Glinel, K., Jonas, A. M., Jouenne, T., Leprince, J., Galas, L., Huck, W. T. S., "Antibacterial and Antifouling Polymer Brushes Incorporating Antimicrobial Peptide" Bioconjugate Chemistry, 20(1): 71-77 (2009). Goldmann, A. S., Walther, A., Nebhani, L., Joso, R., Ernst, D., Loos, K., BarnerKowollik, C., Barner, L., Muller, A. H. E., "Surface Modification of Poly(divinylbenzene) Microspheres via Thiol-Ene Chemistry and Alkyne-Azide Click Reactions" Macromolecules, 42(11): 3707-3714 (2009). Gondi, S. R., Vogt, A. P., Sumerlin, B. S., "Versatile pathway to functional telechelics via RAFT polymerization and click chemistry" Macromolecules, 40(3): 474-481 (2007). Good, R. J., "A thermodynamic derivation of wenzel's modification of young's equation for contact angles; Together with a theory of hysteresis" Journal of American Chemical Society, 74(20): 5041-5042 (1952). Gromada, J., Matyjaszewski, K., "Simultaneous reverse and normal initiation in atom transfer radical polymerization" Macromolecules, 34(22): 7664-7671 (2001). Gu, B., Sen, A., "Synthesis of aluminum oxide/gradient copolymer composites by atom transfer radical polymerization" Macromolecules, 35(23): 8913-8916 (2002). Gürbüz, N., Demirci, S., Yavuz, S., Çaykara, T., "Synthesis of cationic N-[3(dimethylamino)propyl]methacrylamide brushes on silicon wafer via surfaceinitiated RAFT polymerization" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 49(2): 423-431 (2011). Güzel, R., Üstündağ, Z., EkĢi, H., Keskin, S., Taner, B., Durgun, Z. G., Turan, A. A. I., Solak, A. O., "Effect of Au and Au@Ag core-shell nanoparticles on the SERS of bridging organic molecules" Journal of Colloid and Interface Science, 351(1): 3542 (2010). 152 Haensch, C., Chiper, M., Ulbricht, C., Winter, A., Hoeppener, S., Schubert, U. S., "Reversible supramolecular functionalization of surfaces: Terpyridine ligands as versatile building blocks for noncovalent architectures" Langmuir, 24(22): 1298112985 (2008). Halperin, A., Tirrell, M., Lodge, T. P., "Tethered chains in polymer microstructures" Advances in Polymer Science, 100: 31-71 (1992). Hansma, H. G., Revenko, I., Kim, K., Laney, D. E., "Atomic force microscopy of long and short double-stranded, single-stranded and triple-stranded nucleic acids" Nucleic Acids Research, 24(4): 713-720 (1996). Hawker, C. J., "Nitroxide-mediated living radical polymerization", Handbook of Radical Polymerization, Matyjaszewski, K., Davis, T. P., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. 463-521 (2002). Hennig, A., Eichhorn, K. J., Staudinger, U., Sahre, K., Rogalli, M., Stamm, M., Neumann, A. W., Grundke, K., "Contact angle hysteresis: Study by dynamic cycling contact angle measurements and variable angle spectroscopic ellipsometry on polyimide" Langmuir, 20(16): 6685-6691 (2004). Himo, F., Demko, Z. P., Noodleman, L., Sharpless, K. B., "Mechanisms of tetrazole formation by addition of azide to nitriles" Journal of the American Chemical Society, 124(41): 12210-12216 (2002). Himo, F., Lovell, T., Hilgraf, R., Rostovtsev, V. V., Noodleman, L., Sharpless, K. B., Fokin, V. V., "Copper(I)-catalyzed synthesis of azoles. DFT study predicts unprecedented reactivity and intermediates" Journal of the American Chemical Society, 127(1): 210-216 (2005). Hodrien, A. J., Waigh, T. A., Voice, A. M., Blair, G. E., Clarke, S. M., "Adsorption of DNA onto positively charged amidine colloidal spheres and the resultant bridging interaction" International Journal of Biological Macromolecules, 41(2): 146-153 (2007). Hotchkiss, J. W., Lowe, A. B., Boyes, S. G., "Surface modification of gold nanorods with polymers synthesized by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization" Chemistry of Materials, 19(1): 6-13 (2007). Huang, N. P., Michel, R., Voros, J., Textor, M., Hofer, R., Rossi, A., Elbert, D. L., Hubbell, J. A., Spencer, N. D., "Poly(L-lysine)-g-poly(ethylene glycol) layers on metal oxide surfaces: Surface-analytical characterization and resistance to serum and fibrinogen adsorption" Langmuir, 17(2): 489-498 (2001). Huang, W. X., Kim, J. B., Bruening, M. L., Baker, G. L., "Functionalization of surfaces by water-accelerated atom-transfer radical polymerization of hydroxyethyl methacrylate and subsequent derivatization" Macromolecules, 35(4): 1175-1179 (2002). 153 Huisgen, R., "Cenetary lecture - 1,3-Dipolar cycloadditions" Proceedings of the Chemical Society, October: 357-396 (1961). Husseman, M., Malmstrom, E. E., McNamara, M., Mate, M., Mecerreyes, D., Benoit, D. G., Hedrick, J. L., Mansky, P., Huang, E., Russell, T. P., Hawker, C. J., "Controlled synthesis of polymer brushes by "living" free radical polymerization techniques" Macromolecules, 32(5): 1424-1431 (1999). Ingall, M. D. K., Honeyman, C. H., Mercure, J. V., Bianconi, P. A., Kunz, R. R., "Surface functionalization and imaging using monolayers and surface-grafted polymer layers" Journal of the American Chemical Society, 121(15): 3607-3613 (1999). Iyer, K. S., Luzinov, I., "Effect of macromolecular anchoring layer thickness and molecular weight on polymer grafting" Macromolecules, 37(25): 9538-9545 (2004). Jia, X. Y., Jiang, X. S., Liu, R., Yin, J. E., "Facile approach to patterned binary polymer brush through photolithography and surface-initiated photopolymerization" Acs Applied Materials & Interfaces, 2(4): 1200-1205 (2010). Jordan, R., Ulman, A., Kang, J. F., Rafailovich, M. H., Sokolov, J., "Surface-initiated anionic polymerization of styrene by means of self-assembled monolayers" Journal of the American Chemical Society, 121(5): 1016-1022 (1999). Joubert, M., Delaite, C., Bourgeat-Lami, E., Dumas, P., "Hairy PEO-silica nanoparticles through surface-initiated polymerization of ethylene oxide" Macromolecular Rapid Communications, 26(8): 602-607 (2005). Kato, K., Ikada, Y., "Immobilization of DNA onto a polymer support and its potentiality as immunoadsorbent" Biotechnology and Bioengineering, 51(5): 581590 (1996). Kim, J. B., Huang, W. X., Bruening, M. L., Baker, G. L., "Synthesis of triblock copolymer brushes by surface-initiated atom transfer radical polymerization" Macromolecules, 35(14): 5410-5416 (2002). Kim, Y. P., Hong, M. Y., Shon, H. K., Chegal, W., Cho, H. M., Moon, D. W., Kim, H. S., Lee, T. G., "Protein quantification on dendrimer-activated surfaces by using time-of-flight secondary ion mass spectrometry and principal component regression" Applied Surface Science, 255(4): 1110-1112 (2008). Kolb, H. C., Finn, M. G., Sharpless, K. B., "Click chemistry: Diverse chemical function from a few good reactions" Angewandte Chemie-International Edition, 40(11): 2004-2021 (2001). Kolb, H. C., Sharpless, K. B., "The growing impact of click chemistry on drug discovery" Drug Discovery Today, 8(24): 1128-1137 (2003). 154 Kong, X. X., Kawai, T., Abe, J., Iyoda, T., "Amphiphilic polymer brushes grown from the silicon surface by atom transfer radical polymerization" Macromolecules, 34(6): 1837-1844 (2001). Kulkarni, S. A., Mirji, S. A., Mandale, A. B., Gupta, R. P., Vijayamohanan, K. P., "Growth kinetics and thermodynamic stability of octadecyltrichlorosilane selfassembled monolayer on Si (100) substrate" Materials Letters, 59(29-30): 38903895 (2005). Kumar, A., Reynolds, J. R., "Soluble alkyl-substituted poly(ethylenedioxy thiophenes) as electrochromic materials" Macromolecules, 29(23): 7629-7630 (1996). Lai, J. T., Filla, D., Shea, R., "Functional polymers from novel carboxyl-terminated trithiocarbonates as highly efficient RAFT agents" Macromolecules, 35(18): 67546756 (2002). Lee, B. S., Lee, J. K., Kim, W. J., Jung, Y. H., Sim, S. J., Lee, J., Choi, I. S., "Surface-initiated, atom transfer radical polymerization of oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate and subsequent click chemistry for bioconjugation" Biomacromolecules, 8(2): 744-749 (2007). Lee, H. J., Ramaraj, B., Lee, S. M., Yoon, K. R., "Surface-initiated ring-opening polymerization of p-dioxanone on Wang resin bead" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 46(4): 1178-1184 (2008). Lewis, W. G., Magallon, F. G., Fokin, V. V., Finn, M. G., "Discovery and characterization of catalysts for azide-alkyne cycloaddition by fluorescence quenching" Journal of the American Chemical Society, 126(30): 9152-9153 (2004). Li, C., Han, J., Ryu, C. Y., Benicewicz, B. C., "A versatile method to prepare RAFT agent anchored substrates and the preparation of PMMA grafted nanoparticles" Macromolecules, 39(9): 3175-3183 (2006). Li, C. Z., Benicewicz, B. C., "Synthesis of well-defined polymer brushes grafted onto silica nanoparticles via surface reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization" Macromolecules, 38(14): 5929-5936 (2005). Li, L., Kang, E., Neoh, K., "Preparation of well-defined polymer-silicon wafer hybrids via surface-initiated RAFT-mediated process" Applied Surface Science, 254(9): 2600-2604 (2008). Li, Y., Benicewicz, B. C., "Functionalization of silica nanoparticles via the combination of surface-initiated RAFT polymerization and click reactions" Macromolecules, 41(21): 7986-7992 (2008). Li, Y., Schadler, L. S., Benicewicz, B. C., "Surface and particle modification via the RAFT process: Approach and properties", Handbook of RAFT Polymerization, 155 Barner-Kowollik, C., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 423-453 (2008). Li, Z. F., Ruckenstein, E., "Conductive surface via graft polymerization of aniline on a modified glass surface" Synthetic Metals, 129(1): 73-83 (2002). Li, Z. F., Ruckenstein, E., "Strong adhesion and smooth conductive surface via graft polymerization of aniline on a modified glass fiber surface" Journal of Colloid and Interface Science, 251(2): 343-349 (2002). Lian, X. M., Jin, J., Tian, J., Zhao, H. Y., "Thermoresponsive nanohydrogels crosslinked by gold nanoparticles" Acs Applied Materials & Interfaces, 2(8): 2261-2268 (2010). Lian, X. M., Wu, D. X., Song, X. H., Zhao, H. Y., "Synthesis and self-assembly of amphiphilic asymmetric macromolecular brushes" Macromolecules, 43(18): 74347445 (2010). Liu, B., Bazan, G. C., "Methods for strand-specific DNA detection with cationic conjugated polymers suitable for incorporation into DNA chips and microarrays" Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(3): 589-593 (2005). Liu, J. Q., Yang, W. R., Zareie, H. M., Gooding, J. J., Davis, T. P., "pH-Detachable polymer brushes formed using titanium-diol coordination chemistry and living radical polymerization (RAFT)" Macromolecules, 42(8): 2931-2939 (2009). Liu, Y. J., Navasero, N. M., Yu, H. Z., "Structure and reactivity of mixed cocarboxyalkyl/alkyl monolayers on silicon: ATR-FTIR spectroscopy and contact angle titration" Langmuir, 20(10): 4039-4050 (2004). Liu, Y., Klep, V., Zdyrko, B., Luzinov, I., "Polymer grafting via ATRP initiated from macroinitiator synthesized on surface" Langmuir, 20(16): 6710-6718 (2004). London, G., Carroll, G. T., Landaluce, T. F., Pollard, M. M., Rudolf, P., Feringa, B. L., "Light-driven altitudinal molecular motors on surfaces" Chemical Communications, 2009(13): 1712-1714 (2009). Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Homogeneous controlled free radical polymerization in aqueous media" Australian Journal of Chemistry, 55(6-7): 367379 (2002). Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Synthesis and solution properties of zwitterionic polymers" Chemical Reviews, 102(11): 4177-4189 (2002). Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization and the synthesis of water-soluble (co)polymers under homogeneous conditions in organic and aqueous media" Progress in Polymer Science, 32(3): 283-351 (2007). 156 Lowe, A. B., Sumerlin, B. S., Donovan, M. S., McCormick, C. L., "Facile preparation of transition metal nanoparticles stabilized by well-defined (co)polymers synthesized via aqueous reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization" Journal of the American Chemical Society, 124(39): 11562-11563 (2002). Lu, G., Li, Y. M., Lu, C. H., Xu, Z. Z., "Corrosion protection of iron surface modified by poly(methyl methacrylate) using surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP)" Colloid and Polymer Science, 288(14-15): 1445-1455 (2010). Lu, L., Zhang, H. J., Yang, N. F., Cai, Y. L., "Toward rapid and well-controlled ambient temperature RAFT polymerization under UV-Vis radiation: Effect of radiation wave range" Macromolecules, 39(11): 3770-3776 (2006). Maas, J. H., Stuart, M. A. C., Sieval, A. B., Zuilhof, H., Sudholter, E. J. R., "Preparation of polystyrene brushes by reaction of terminal vinyl groups on silicon and silica surfaces" Thin Solid Films, 426(1-2): 135-139 (2003). Malkoch, M., Thibault, R. J., Drockenmuller, E., Messerschmidt, M., Voit, B., Russell, T. P., Hawker, C. J., "Orthogonal approaches to the simultaneous and cascade functionalization of macromolecules using click chemistry" Journal of the American Chemical Society, 127(42): 14942-14949 (2005). Mao, H. Q., Roy, K., Troung-Le, V. L., Janes, K. A., Lin, K. Y., Wang, Y., August, J. T., Leong, K. W., "Chitosan-DNA nanoparticles as gene carriers: Synthesis, characterization and transfection efficiency" Journal of Controlled Release, 70(3): 399-421 (2001). Marutani, E., Yamamoto, S., Ninjbadgar, T., Tsujii, Y., Fukuda, T., Takano, M., "Surface-initiated atom transfer radical polymerization of methyl methacrylate on magnetite nanoparticles" Polymer, 45(7): 2231-2235 (2004). Matyjaszewski, K., "General concepts and history of living radical polymerization", Handbook of Radical Polymerization, Matyjaszewski, K., Davis, T. P., John Wiley & Sons, Inc., Hoboken. 361-406 (2002). Millard, P. E., Barner, L., Reinhardt, J., Buchmeiser, M. R., Barner-Kowollik, C., Muller, A. H. E., "Synthesis of water-soluble homo- and block-copolymers by RAFT polymerization under gamma-irradiation in aqueous media" Polymer, 51(19): 43194328 (2010). Miller, J. B., Brown, D. W., "Photochemical modification of diamond surfaces" Langmuir, 12(24): 5809-5817 (1996). Minko, S., Muller, M., Motornov, M., Nitschke, M., Grundke, K., Stamm, M., "Twolevel structured self-adaptive surfaces with reversibly tunable properties" Journal of the American Chemical Society, 125(13): 3896-3900 (2003). 157 Minko, S., Patil, S., Datsyuk, V., Simon, F., Eichhorn, K. J., Motornov, M., Usov, D., Tokarev, I., Stamm, M., "Synthesis of adaptive polymer brushes via "grafting to" approach from melt" Langmuir, 18(1): 289-296 (2002). Mitsukami, Y., Donovan, M. S., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Water-soluble polymers. 81. Direct synthesis of hydrophilic styrenic-based homopolymers and block copolymers in aqueous solution via RAFT" Macromolecules, 34(7): 22482256 (2001). Mitsukami, Y., Hashidzume, A., Yusa, S., Morishima, Y., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Characterization of pH-dependent micellization of polystyrene-based cationic block copolymers prepared by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization" Polymer, 47(12): 4333-4340 (2006). Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H., "Living radical polymerization by the RAFT process" Australian Journal of Chemistry, 58(6): 379-410 (2005). Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H., "Toward living radical polymerization" Accounts of Chemical Research, 41(9): 1133-1142 (2008). Mori, H., Tando, I., Tanaka, H., "Synthesis and optoelectronic properties of alternating copolymers containing anthracene unit in the main chain by radical ringopening polymerization" Macromolecules, 43(17): 7011-7020 (2010). Motornov, M., Minko, S., Eichhorn, K. J., Nitschke, M., Simon, F., Stamm, M., "Reversible tuning of wetting behavior of polymer surface with responsive polymer brushes" Langmuir, 19(19): 8077-8085 (2003). Murata, H., Prucker, O., Ruhe, J., "Synthesis of functionalized polymer monolayers from active ester brushes" Macromolecules, 40(15): 5497-5503 (2007). Nagase, K., Kumazaki, M., Kanazawa, H., Kobayashi, J., Kikuci, A., Akiyama, Y., Annaka, M., Okano, T., "Thermoresponsive polymer brush surfaces with hydrophobic groups for all-aqueous chromatography" Acs Applied Materials & Interfaces, 2(4): 1247-1253 (2010). Nath, N., Chilkoti, A., "Fabrication of a reversible protein array directly from cell lysate using a stimuli-responsive polypeptide" Analytical Chemistry, 75(4): 709-715 (2003). Nese, A., Kwak, Y., Nicolay, R., Barrett, M., Sheiko, S. S., Matyjaszewski, K., "Synthesis of poly(vinyl acetate) molecular brushes by a combination of atom transfer radical polymerization (ATRP) and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization" Macromolecules, 43(9): 4016-4019 (2010). Ngah, W. S. W., Endud, C. S., Mayanar, R., "Removal of copper(II) ions from aqueous solution onto chitosan and cross-linked chitosan beads" Reactive & Functional Polymers, 50(2): 181-190 (2002). 158 Odian, G., "Principles of polymerization", A John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 110 (2004). Ohno, K., Koh, K., Tsujii, Y., Fukuda, T., "Synthesis of gold nanoparticles coated with well-defined, high-density polymer brushes by surface-initiated living radical polymerization" Macromolecules, 35(24): 8989-8993 (2002). Otsu, T., Yoshida, M.,Tazaki, T., "A model for living radical polymerization" Makromolekulare Chemie-Rapid Communications, 3(2): 133-140 (1982). Pai, T. S. C., Barner-Kowollik, C., Davis, T. P., Stenzel, M. H., "Synthesis of amphiphilic block copolymers based on poly (dimethyl siloxane) via fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization" Polymer, 45(13): 4383-4389 (2004). Parvole, J., Laruelle, G., Khoukh, A., Billon, L., "Surface initiated polymerization of poly(butyl acrylate) by nitroxide mediated polymerization: First comparative polymerization of a bimolecular and a unimolecular initiator-grafted silica particles" Macromolecular Chemistry and Physics, 206(3): 372-382 (2005). Pei, X. W., Hao, J. C., Liu, W. M., "Preparation and characterization of carbon nanotubes-polymer/Ag hybrid nanocomposites via surface RAFT polymerization" Journal of Physical Chemistry C, 111(7): 2947-2952 (2007). Peng, Q., Lai, D. M. Y., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Preparation of polymersilicon(100) hybrids via interface-initiated reversible addition-fragmentation chaintransfer (RAFT) polymerization" Macromolecules, 39(16): 5577-5582 (2006). Peng, Z. P., Wang, D., Liu, X. X., Tong, Z., "RAFT synthesis of a water-soluble triblock copolymer of poly(styrenesulfonate)-b-poly(ethylene glycol)-bpoly(styrenesulfonate) using a macromolecular chain transfer agent in aqueous solution" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 45(16): 36983706 (2007). Perrier, S., Davis, T. P., Carmichael, A. J., Haddleton, D. M., "First report of reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerisation in room temperature ionic liquids" Chemical Communications, 2002(19): 2226-2227 (2002). Perrier, S., Takolpuckdee, P., Westwood, J., Lewis, D. M., "Versatile chain transfer agents for reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization to synthesize functional polymeric architectures" Macromolecules, 37(8): 2709-2717 (2004). Petri, D. F. S., Wenz, G., Schunk, P., Schimmel, T., "An improved method for the assembly of amino-terminated monolayers on SiO2 and the vapor deposition of gold layers" Langmuir, 15(13): 4520-4523 (1999). Pirri, G., Chiari, M., Damin, F., Meo, A., "Microarray glass slides coated with block copolymer brushes obtained by reversible addition chain-transfer polymerization" Analytical Chemistry, 78(9): 3118-3124 (2006). 159 Poloukhtine, A. A., Mbua, N. E., Wolfert, M. A., Boons, G. J., Popik, V. V., "Selective labeling of living cells by a photo-triggered click reaction" Journal of the American Chemical Society, 131(43): 15769-15776 (2009). Prakash, S., Long, T. M., Selby, J. C., Moore, J. S., Shannon, M. A., "Click modification of silica surfaces and glass microfluidic channels" Analytical Chemistry, 79(4): 1661-1667 (2007). Pyun, J., Kowalewski, T., Matyjaszewski, K., "Synthesis of polymer brushes using atom transfer radical polymerization" Macromolecular Rapid Communications, 24(18): 1043-1059 (2003). Ramakrishnan, A., Dhamodharan, R., Ruhe, J., "Growth of poly(methyl methacrylate) brushes on silicon surfaces by atom transfer radical polymerization" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 44(5): 1758-1769 (2006). Ranjan, R., Brittain, W. J., "Combination of living radical polymerization and click chemistry for surface modification" Macromolecules, 40(17): 6217-6223 (2007). Ranjan, R., Brittain, W. J., "Synthesis of high density polymer brushes on nanoparticles by combined RAFT polymerization and click chemistry" Macromolecular Rapid Communications, 29(12-13): 1104-1110 (2008). Rastogi, A., Paik, M. Y., Tanaka, M., Ober, C. K., "Direct patterning of intrinsically electron beam sensitive polymer brushes" ACS Nano, 4(2): 771-780 (2010). Raula, J., Shan, J., Nuopponen, M., Niskanen, A., Jiang, H., Kauppinen, E. I., Tenhu, H., "Synthesis of gold nanoparticles grafted with a thermoresponsive polymer by surface-induced reversible-addition-fragmentation chain-transfer polymerization" Langmuir, 19(8): 3499-3504 (2003). Reschel, T., Konak, C., Oupicky, D., Seymour, L. W., Ulbrich, K., "Physical properties and in vitro transfection efficiency of gene delivery vectors based on complexes of DNA with synthetic polycations" Journal of Controlled Release, 81(1-2): 201-217 (2002). Rieke, P. C., Baer, D. R., Fryxell, G. E., Engelhard, M. H., Porter, M. S., "Beam damage of self-assembled monolayers" Journal of Vacuum Science & Technology A - Vacuum Surfaces and Films, 11(4): 2292-2297 (1993). Rostovtsev, V. V., Green, L. G., Fokin, V. V., Sharpless, K. B., "A stepwise Huisgen cycloaddition process: Copper(I)-catalyzed regioselective "ligation" of azides and terminal alkynes" Angewandte Chemie-International Edition, 41(14): 2596-2599 (2002). Rowe-Konopacki, M. D., Boyes, S. G., "Synthesis of surface initiated diblock copolymer brushes from flat silicon substrates utilizing the RAFT polymerization technique" Macromolecules, 40(4): 879-888 (2007). 160 Rowe, M. A., Hammer, B. A. G., Boyes, S. G., "Synthesis of surface-initiated stimuli-responsive diblock copolymer brushes utilizing a combination of ATRP and RAFT polymerization techniques" Macromolecules, 41(12): 4147-4157 (2008). Roy, D., "Controlled modification of cellulosic surfaces via the reversible additionfragmentation chain transfer (RAFT) graft polymerization process" Australian Journal of Chemistry, 59(3): 229-229 (2006). Roy, D., Guthrie, J. T., Perrier, S., "Graft polymerization: Grafting poly(styrene) from cellulose via reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization" Macromolecules, 38(25): 10363-10372 (2005). Rühe, J., "Polymer brushes: On the way to tailor-made surfaces", Polymer Brushes, Advincula, R. C., Brittain, W. J., Caster, K. C., Rühe, J., WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 1-32 (2004). Samadi, A., Husson, S. M., Liu, Y., Luzinov, I., Kilbey, S. M., "Low-temperature growth of thick polystyrene brushes via ATRP" Macromolecular Rapid Communications, 26(23): 1829-1834 (2005). Satyanarayana, N., Sinha, S. K., "Tribology of PFPE overcoated self-assembled monolayers deposited on Si surface" Journal of Physics D: Applied Physics, 38(18): 3512-3522 (2005). Savin, D. A., Pyun, J., Patterson, G. D., Kowalewski, T., Matyjaszewski, K., "Synthesis and characterization of silica-graft-polystyrene hybrid nanoparticles: Effect of constraint on the glass-transition temperature of spherical polymer brushes" Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 40(23): 2667-2676 (2002). Scales, C. W., Vasilieva, Y. A., Convertine, A. J., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Direct, controlled synthesis of the nonimmunogenic, hydrophilic polymer, poly(N(2-hydroxypropyl)methacrylamide) via RAFT in aqueous media" Biomacromolecules, 6(4): 1846-1850 (2005). Schilling, C., Jung, N., Brase, S., "Synthesis and functionalization of biomolecules via click chemistry", Click Chemistry for Biotechnology and Materials Science, Lahann, J., John Wiley & Sons Ltd, West Sussex. 355-378 (2009). Schlossbauer, A., Schaffert, D., Kecht, J., Wagner, E., Bein, T., "Click chemistry for high-density biofunctionalization of mesoporous silica" Journal of the American Chemical Society, 130(38): 12558-12559 (2008). Schouten, S., Stroeve, P., Longo, M. L., "DNA adsorption and cationic bilayer deposition on self-assembled monolayers" Langmuir, 15(23): 8133-8139 (1999). Schwartz, L. W., Garoff, S., "Contact-angle hysteresis on heterogeneous surfaces" Langmuir, 1(2): 219-230 (1985). 161 Sieval, A. B., Demirel, A. L., Nissink, J. W. M., Linford, M. R., van der Maas, J. H., de Jeu, W. H., Zuilhof, H., Sudholter, E. J. R., "Highly stable Si-C linked functionalized monolayers on the silicon (100) surface" Langmuir, 14(7): 1759-1768 (1998). Sieval, A. B., Linke, R., Heij, G., Meijer, G., Zuilhof, H., Sudholter, E. J. R., "Amino-terminated organic monolayers on hydrogen-terminated silicon surfaces" Langmuir, 17(24): 7554-7559 (2001). Sogabe, A., Flores, J. D., McCormick, C. L., "Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) Polymerization in an Inverse Microemulsion: Partitioning of Chain Transfer Agent (CTA) and Its Effects on Polymer Molecular Weight" Macromolecules, 43(16): 6599-6607 (2010). Steinhauer, W., Hoogenboom, R., Keul, H., Moeller, M., "Copolymerization of 2hydroxyethyl acrylate and 2-methoxyethyl acrylate via RAFT: Kinetics and thermoresponsive properties" Macromolecules, 43(17): 7041-7047 (2010). Strother, T., Cai, W., Zhao, X. S., Hamers, R. J., Smith, L. M., "Synthesis and characterization of DNA-modified silicon (111) surfaces" Journal of the American Chemical Society, 122(6): 1205-1209 (2000). Strother, T., Hamers, R. J., Smith, L. M., "Covalent attachment of oligodeoxyribonucleotides to amine-modified Si (001) surfaces" Nucleic Acids Research, 28(18): 3535-3541 (2000). Strother, T., Knickerbocker, T., Russell, J. N., Butler, J. E., Smith, L. M., Hamers, R. J., "Photochemical functionalization of diamond films" Langmuir, 18(4): 968-971 (2002). Sumerlin, B. S., Donovan, M. S., Mitsukami, Y., Lowe, A. B., McCormick, C. L., "Water-soluble polymers. 84. Controlled polymerization in aqueous media of anionic acrylamido monomers via RAFT" Macromolecules, 34(19): 6561-6564 (2001). Sumerlin, B. S., Lowe, A. B., Stroud, P. A., Zhang, P., Urban, M. W., McCormick, C. L., "Modification of gold surfaces with water-soluble (co)polymers prepared via aqueous reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization" Langmuir, 19(14): 5559-5562 (2003). Szwarc, M., "Living polymers" Nature, 178: 1168-1169 (1956). Szwarc, M., Levy, M., Milkovich, R., "Polymerization initiated by electron transfer to monomer. A new method of formation of block polymers" Journal of American Chemical Society, 78(11): 2656-2657 (1956). Taton, K. S., Guire, P. E., "Photoreactive self-assembling polyethers for biomedical coatings" Colloids and Surfaces B-Biointerfaces, 24(2): 123-132 (2002). 162 Tian, J., Zheng, F., Zhao, H. Y., "Nanoparticles with Fe3O4-nanoparticle cores and gold-nanoparticle coronae prepared by self-assembly approach" Journal of Physical Chemistry C, 115(8): 3304-3312 (2011). Tian, R. H., Rao, T. N., Einaga, Y., Zhi, J. F., "Construction of two-dimensional arrays gold nanoparticles monolayer onto boron-doped diamond electrode surfaces" Chemistry of Materials, 18(4): 939-945 (2006). Tian, R. H., Zhi, J. F., "Gold-nanoparticles-induced pattern metallization on highroughness diamond film surfaces" Applied Physics Letters, 88(20): 203102-203105 (2006). Timmons, C. O., Zisman, W. A., "The effect of liquid structure on contact angle hysteresis" Journal of Colloid and Interface Science, 22(2): 165-171 (1966). Tornoe, C. W., Christensen, C., Meldal, M., "Peptidotriazoles on solid phase: [1,2,3]triazoles by regiospecific copper(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloadditions of terminal alkynes to azides" Journal of Organic Chemistry, 67(9): 3057-3064 (2002). Tran, Y., Auroy, P., "Synthesis of poly(styrene sulfonate) brushes" Journal of the American Chemical Society, 123(16): 3644-3654 (2001). Trmcic-Cvitas, J., Hasan, E., Ramstedt, M., Li, X., Cooper, M. A., Abell, C., Huck, W. T. S., Gautrot, J. E., "Biofunctionalized protein resistant oligo(ethylene glycol)derived polymer brushes as selective immobilization and sensing platforms" Biomacromolecules, 10(10): 2885-2894 (2009). Tsujii, Y., Ejaz, M., Sato, K., Goto, A., Fukuda, T., "Mechanism and kinetics of RAFT-mediated graft polymerization of styrene on a solid surface. 1. Experimental evidence of surface radical migration" Macromolecules, 34(26): 8872-8878 (2001). Tsujii, Y., Ohno, K., Yamamoto, S., Goto, A., Fukuda, K., "Structure and properties of high-density polymer brushes prepared by surface-initiated living radical polymerization", Surface-Initiated Polymerization I, Jordan, R., Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. 1-45 (2006). Tumolo, T., Angnes, L., Baptista, M. S., "Determination of the refractive index increment (dn/dc) of molecule and macromolecule solutions by surface plasmon resonance" Analytical Biochemistry, 333(2): 273-279 (2004). Turan, E., Demirci, S., Çaykara, T., "Synthesis of thermoresponsive poly(Nisopropylacrylamide) brush on silicon wafer surface via atom transfer radical polymerization" Thin Solid Films, 518(21): 5950-5954 (2010). Uhlmann, P., Houbenov, N., Brenner, N., Grundke, K., Burkert, S., Stamm, M., "Insitu investigation of the adsorption of globular model proteins on stimuli-responsive binary polyelectrolyte brushes" Langmuir, 23(1): 57-64 (2007). 163 van den Berg, J. H., Oosterhuis, K., Hennink, W. E., Storm, G., van der Aa, L. J., Engbersen, J. F. J., Haanen, J. B. A. G., Beijnen, J. H., Schumacher, T. N.,Nuijen, B., "Shielding the cationic charge of nanoparticle-formulated dermal DNA vaccines is essential for antigen expression and immunogenicity" Journal of Controlled Release, 141(2): 234-240 (2010). Vasilieva, Y. A., Scales, C. W., Thomas, D. B., Ezell, R. G., Lowe, A. B., Ayres, N., McCormick, C. L., "Controlled/living polymerization of methacrylamide in aqueous media via the RAFT process" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 43(14): 3141-3152 (2005). Vasilieva, Y. A., Thomas, D. B., Scales, C. W., McCormick, C. L., "Direct controlled polymerization of a cationic methacrylamido monomer in aqueous media via the RAFT p(r)ocess" Macromolecules, 37(8): 2728-2737 (2004). Voit, B., Fleischmann, S., Komber, H., Scheel, A., Stumpe, K., "Cycloaddition reactions and dendritic polymer architectures - A perfect match" Macromolecular Symposia, 254: 16-24 (2007). Wang, A. F., Tang, H. Y., Cao, T., Salley, S. O., Ng, K. Y. S., "In vitro stability study of organosilane self-assemble monolayers and multilayers" Journal of Colloid and Interface Science, 291(2): 438-447 (2005). Wang, G. J., Huang, S. Z., Wang, Y., Liu, L., Qiu, J., Li, Y., "Synthesis of watersoluble single-walled carbon nanotubes by RAFT polymerization" Polymer, 48(3): 728-733 (2007). Wang, J., Bard, A. J., "Monitoring DNA immobilization and hybridization on surfaces by atomic force microscopy force measurements" Analytical Chemistry, 73(10): 2207-2212 (2001). Wang, L. P., Wang, Y. P., Wang, R. M., Zhang, S. C., "Preparation of polymer brushes on palygorskite surfaces via RAFT polymerization" Reactive and Functional Polymers, 68(2): 643-648 (2008). Wang, L. P., Wang, Y. P., Yuan, K., Lei, Z. Q., "Synthesis and characterization of surface-initiated polymer brushes on silicon substrates by reversible addition fragmentation chain transfer polymerization" Polymers for Advanced Technologies, 19(4): 285-290 (2008). Wang, P., Koberstein, J. T., "Morphology of immiscible polymer blend thin films prepared by spin-coating" Macromolecules, 37(15): 5671-5681 (2004). Wang, R., Lowe, A. B., "RAFT polymerization of styrenic-based phosphonium monomers and a new family of well-defined statistical and block polyampholytes" Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 45(12): 2468-2483 (2007). 164 Whittaker, M. R., Urbani, C. N., Monteiro, M. J., "Synthesis of 3-miktoarm stars and 1st generation mikto dendritic copolymers by "living" radical polymerization and "click" chemistry" Journal of the American Chemical Society, 128(35): 1136011361 (2006). Willner, I., Katz, E., "Integration of layered redox proteins and conductive supports for bioelectronic applications" Angewandte Chemie-International Edition, 39(7): 1180-1218 (2000). Wink, T., de Beer, J., Hennink, W. E., Bult, A., van Bennekom, W. P., "Interaction between plasmid DNA and cationic polymers studied by surface plasmon resonance spectrometry" Analytical Chemistry, 71(4): 801-805 (1999). Xu, D., Yu, W. H., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Functionalization of hydrogenterminated silicon via surface-initiated atom-transfer radical polymerization and derivatization of the polymer brushes" Journal of Colloid and Interface Science, 279(1): 78-87 (2004). Xu, F. J., Li, Y. L., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Heparin-coupled poly(poly(ethylene glycol) monomethacrylate)-Si(111) hybrids and their blood compatible surfaces" Biomacromolecules, 6(3): 1759-1768 (2005). Xu, F. J., Yuan, Z. L., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Branched fluoropolymer-Si hybrids via surface-initiated ATRP of pentafluorostyrene on hydrogen-terminated Si(100) surfaces" Langmuir, 20(19): 8200-8208 (2004). Xu, G. Y., Wu, W. T., Wang, Y. S., Pang, W. M., Zhu, Q. R., Wang, P. H., "Functionalized carbon nanotubes with polystyrene-block-poly (Nisopropylacrylamide) by in situ RAFT polymerization" Nanotechnology, 18(14): 145606 (2007). Xu, G. Y., Wu, W. T., Wang, Y. S., Pang, W. M., Zhu, Q. R., Wang, P. H., You, Y. Z., "Constructing polymer brushes on multiwalled carbon nanotubes by in situ reversible addition fragmentation chain transfer polymerization" Polymer, 47(16): 5909-5918 (2006). Yıldırım, A., Karadağ, Y., Kandemir, N., Sakin, M.A., "Genetik", Nobel Yayın Dağıtım, Ankara, 101-116 (2008). Yu, B., Lowe, A. B., Ishihara, K., "RAFT synthesis and stimulus-induced selfassembly in water of copolymers based on the biocompatible monomer 2(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine" Biomacromolecules, 10(4): 950-958 (2009). Yu, W. H., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Functionalization of hydrogen-terminated Si(100) substrate by surface-initiated RAFT polymerization of 4-vinylbenzyl chloride and subsequent derivatization for photoinduced metallization" Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(17): 5194-5202 (2004). 165 Yu, Z. J., Kang, E. T., Neoh, K. G., "Electroless plating of copper on polyimide films modified by surface grafting of tertiary and quaternary amines polymers" Polymer, 43(15): 4137-4146 (2002). Yuan, K., Li, Z. F., Lu, L. L., Shi, X. N., "Synthesis and characterization of welldefined polymer brushes grafted from silicon surface via surface reversible additionfragmentation chain transfer (RAFT) polymerization" Materials Letters, 61(10): 2033-2036 (2007). Yuan, W.,van Ooij, W. J., "Characterization of organofunctional silane films on zinc substrates" Journal of Colloid and Interface Science, 185(1): 197-209 (1997). Yusa, S. I., Fukuda, K., Yamamoto, T., Iwasaki, Y., Watanabe, A., Akiyoshi, K., Morishima, Y., "Salt effect on the heat-induced association behavior of gold nanoparticles coated with poly(N-isopropylacrylamide) prepared via reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) radical polymerization" Langmuir, 23(26): 12842-12848 (2007). Yusa, S., Shimada, Y., Mitsukami, Y., Yamamoto, T., Morishima, Y., "pHresponsive micellization of amphiphilic diblock copolymers synthesized via reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization" Macromolecules, 36(11): 4208-4215 (2003). Zhai, G. Q., Yu, W. H., Kang, E. T., Neoh, K. G., Huang, C. C., Liaw, D. J., "Functionalization of hydrogen-terminated silicon with polybetaine brushes via surface-initiated reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization" Industrial & Engineering Chemistry Research, 43(7): 1673-1680 (2004). Zhang, L., Chen, X. G., Xue, P., Sun, H. H. Y., Williams, I. D., Sharpless, K. B., Fokin, V. V., Jia, G. C., "Ruthenium-catalyzed cycloaddition of alkynes and organic azides" Journal of the American Chemical Society, 127(46): 15998-15999 (2005). Zhang, T., Zheng, Z. H., Ding, X. B., Peng, Y. X., "Smart surface of gold nanoparticles fabricated by combination of RAFT and click chemistry" Macromolecular Rapid Communications, 29(21): 1716-1720 (2008). Zhao, B., "Synthesis of binary mixed homopolymer brushes by combining atom transfer radical polymerization and nitroxide-mediated radical polymerization" Polymer, 44(15): 4079-4083 (2003). Zhao, B., Brittain, W. J., "Polymer brushes: Surface-immobilized macromolecules" Progress in Polymer Science, 25(5): 677-710 (2000). Zhao, B., Brittain, W. J., "Synthesis of polystyrene brushes on silicate substrates via carbocationic polymerization from self-assembled monolayers" Macromolecules, 33(2): 342-348 (2000). 166 Zhao, B., He, T., "Synthesis of well-defined mixed poly(methyl methacrylate)/polystyrene brushes from an asymmetric difunctional initiatorterminated self-assembled monolayer" Macromolecules, 36(23): 8599-8602 (2003). Zhao, X. B., Pan, F., Coffey, P., Lu, J. R., "Cationic copolymer-mediated DNA immobilization: Interfacial structure and composition as determined by ellipsometry, dual polarization interferometry, and neutron reflection" Langmuir, 24(23): 1355613564 (2008). Zhao, X. B., Zhang, Z. Q., Pan, F., Ma, Y. H., Armes, S. P., Lewis, A. L., Lu, J. R., "DNA immobilization using biocompatible diblock phosphorylcholine copolymers" Surface and Interface Analysis, 38(4): 548-551 (2006). Zhao, Y. L., Perrier, S., "Synthesis of well-defined homopolymer and diblock copolymer grafted onto silica particles by Z-supported RAFT polymerization" Macromolecules, 39(25): 8603-8608 (2006). Zhao, Y. L., Perrier, S., "Synthesis of well-defined conjugated copolymers by RAFT polymerization using cysteine and glutathione-based chain transfer agents" Chemical Communications, 2007(41): 4294-4296 (2007). Zhou, Y., Zhu, J. A., Zhu, X. L., Cheng, Z. P., "Controlled/living radical polymerization of methyl methacrylate using gamma-radiation as an initiation source" Radiation Physics and Chemistry, 75(4): 485-492 (2006). Zhuang, H., Srikanth, V. V. S. S., Jiang, X., Luo, J., Ihmels, H., Aronov, I., Wenclawiak, B. W., Adlung, M., Wickleder, C., "Allylamine-mediated DNA attachment to polycrystalline diamond surface" Applied Physics Letters, 95(14): 143703-143705 (2009). 167 ÖZGEÇMĠġ KiĢisel Bilgiler Soyadı, adı : DEMĠRCĠ, Serkan Uyruğu : T.C. Doğum tarihi ve yeri : 18.06.1980 Aydın Medeni hali : Evli Telefon : 0 (386) 280 45 98 Faks : 0 (386) 280 45 25 e-mail : srkndemirci@gmail.com sdemirci@ahievran.edu.tr Eğitim Derece Eğitim Birimi Mezuniyet tarihi Yüksek lisans Gazi Üniversitesi/Kimya Bölümü 2005 Lisans Gazi Üniversitesi/Kimya Bölümü 2002 Lise Nazilli Anadolu Meslek Lisesi/ 1998 Elektronik Bölümü ĠĢ Deneyimi Yıl Yer Görev 2009- Ahi Evran Üniversitesi AraĢtırma Görevlisi 2004-2007 Sesa Elektronik A.ġ. SatıĢ ve Teknik Servis Yabancı Dil Ġngilizce Hobiler Bilgisayar teknolojileri, Basketbol, Bisiklet, Yüzme 168 Yayınlar 1. Çaykara, T., Demirci, S., Eroğlu, M.S., Güven, O. “Poly(ethylene oxide) and its blends with sodium alginate” Polymer, 46(24): 10750-10757 (2005). 2. Çaykara, T., Demirci, S., Eroğlu, M.S., Güven, O. “Surface properties of binary blend films of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) and poly(vinyl alcohol) with sodium alginate” Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 44(2): 426-430 (2006). 3. Çaykara, T., Demirci, S. “Preparation and characterization of blend films of poly(vinyl alcohol) and sodium alginate” Journal of Macromolecular Science, Part A: Pure and Applied Chemistry, 43(7): 1113-1121 (2006). 4. Çaykara, T., Kiper, S., Demirel, G., Demirci, S., Çakanyıldırım, Ç. “Temperature-responsive characteristics of poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels with macroporous structure” Polymer International, 56(2): 275-282 (2007). 5. Çaykara, T., Demirci, S., Kantoğlu, Ö. “Thermal, spectroscopic, and mechanical properties of blend films of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) and sodium alginate” Polymer-Plastics Technology and Engineering, 46(7): 737-741 (2007). 6. Çaykara, T., Bulut, M., Demirci, S. “Preparation of macroporous poly(acrylamide) hydrogels by radiation induced polymerization technique” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 265(1): 366-369 (2007). 7. Turan, E., Demirci, S., Çaykara, T. “Thermo- and pH-induced phase transitions and network parameters of poly(N-isopropylacrylamide-co-2-acrylamido-2methyl-propanosulfonic acid) hydrogels” Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 46(16): 1713-1724 (2008). 8. Çaykara, T., Çakar, F., Demirci, S. “A new type of poly(glycidyl methacrylate) microbeads with surface grafted iminodiacetic acid: Synthesis and characterization” Polymer Bulletin, 61(3): 311-318 (2008). 9. Turan, E., Demirci, S., Çaykara, T. “Preparation of poly(acrylamide) hydrogels at various charge densities by post-modification” Journal of Applied Polymer Science, 111(1): 108-113 (2009). 10. Çaykara, T., Yörük, D., Demirci, S. “Preparation and characterization of poly(N-tert-butylacrylamide-co-acrylamide) ferrogel” Journal of Applied Polymer Science, 112(2): 800-804 (2009). 11. Demirci, S., Alaslan, A., Çaykara, T. “Preparation, characterization and surface pKa values of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)/chitosan blend films” Applied Surface Science, 255(11): 5979-5983 (2009). 169 12. ġengül, G., Demirci, S., Çörekçi, S., Çaykara, T. “Annealing effect on surface segregation behavior of hydroxypropylcellulose/polyethylenimine blend films” Applied Surface Science, 255(17): 7703-7707 (2009). 13. ġengül, G., Demirci, S., Çaykara, T. “Preparation, characterization, and surface energetics of hydroxypropyl cellulose/polyethylenimine blends” Journal of Applied Polymer Science, 114(5): 2751-2754 (2009). 14. Demirci, S., Çaykara, T. “Formation of dicarboxylic acid-terminated monolayers on silicon wafer surface” Surface Science, 604(7-8): 649-653 (2010). 15. Turan, E., Demirci, S., Çaykara, T. “Synthesis of thermoresponsive poly(Nisopropylacrylamide) brush on silicon wafer surface via atom transfer radical polymerization” Thin Solid Films, 518(21): 5950-5954 (2010). 16. Çaykara, T., Çakar, F., Demirci, S. “Functionalization of poly(glycidyl methacrylate) microbeads by surface reactions” Polymer International, 60(1): 141-145 (2011). 17. Gürbüz, N., Demirci, S., Yavuz, S., Çaykara, T. “Synthesis of cationic N-[3(dimethylamino) propyl]methacrylamide brushes on silicon wafer via surfaceinitiated RAFT polymerization” Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry, 49(2): 423-431 (2011). 18. Kınalı, S., Demirci, S., ÇalıĢır, Z., Kurt, M., Ataç, A. “DFT, FT-Raman, FT-IR and NMR studies of 4-(substituted phenylazo)-3,5-diacetamido-1H-pyrazoles” Journal of Molecular Structure, 993(1-3): 254-258 (2011).
