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
CTA0  2 f  I 0 1  ek 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
CTA0
monomer 0  M monomer  mmonomer
M n,teorik 
(3.2)
olduğuna göre, EĢ. 3.2,
mmonomer  
 M CTA
CTA0
(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).
Download