Fotoaktív bio-nanokompozit előállítása reakciócentrum fehérje és TiO2 -dal borított többfalú szén nanocsövek

felhasználásával

Fiser Béla

Témavezetők:

Dr. Hernádi Klára, egyetemi tanár,Dr. Nagy László, egyetemi docens

SZTE, TTIK, Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék,Orvosi Fizikai és Biofizikai Intézet

2008

Tudományos diákköri dolgozat

• Bevezetés

• Áttekintés

• Célkitűzések

• Anyagok és módszerek

• Eredmények és megvitatásuk

• Összegzés

• Továbblépési lehetőségek

Előadásomban fotoaktív

bio-nanokompozit

előállítását mutatom be

fotoszintetikus

reakciócentrum és TiO2-dal

borított többfalú szén

nanocső felhasználásával,

s az így kapott rendszer

fotokémiai folyamatait

vizsgálom.

Előadásom felépítése

Bfeo A

P

QA

B

QB

Fe

Crt

Bfeo B

Bkl A Bkl B

Áttekintés• Nanotechnológia, nanobiotechnológia

• Kompozitok, nanokompozitok

• Szén nanocső erősítésű kompozitok

• Szén nanocső alapú bionanokompozitok

• A fotoszintetikus reakciócentrum felépítése

Egy MWNT „matryoska-baba” szerkezete (Forrás: www.nanotech-now.com)

Fotoszintetikus reakciócentrum fehérje és nem fehérje jellegű részei

Célkitűzések

• Szervetlen TiO2 réteggel borított többfalú szén nanocsövek

előállítása és karakterizálása TiCl4,TiBr4 prekurzorok és különböző

oldószerek alkalmazásával.

• A szén nanocsöveken kialakuló szervetlen réteg minőségének

vizsgálata a hidrolízis sebességének függvényében.

• Fotoaktív bio-nanokompozitok előállítása, a kapott kompozitok és

fotoszintetikus reakciócentrum felhasználásával, s ezen anyagok

fotokémiai folyamatainak vizsgálata.

Minta előkészítés, vizsgálati módszerek I.

• Közvetlen összemérés a minta előállítás során, a prekurzorok reaktivitása miatt N2 áram alkalmazása

•Vizsgálatainkat TEM, SEM, készülékek segítségével végeztük, a normál felbontású vizsgálatok esetében ragasztásos technikát használtunk a minta előkészítés során

• Felületi réteg bizonyítása:

- szabad nanocsővégek

- rétegben előforduló repedések

• Fotoszintetikus reakciócentrum (RC) előállítása preparátum formájában

• RC/ TiO2/MWNT bio-nanokompozit előállítása

• Flash-indukált abszorpcióváltozás vizsgálata

PS

• L – a mérőfényt szolgáltató lámpa• M – monokromátor• SH – shutter• K – mintatartó

• F1, F2 - szűrők

• PM – fotoelektron-sokszorozó• C – számítógép• PS – a flash-lámpa tápegysége• Xe – a gerjesztő fényt szolgáltató

Xenon flash-lámpa

Minta előkészítés, vizsgálati módszerek II.

A vizsgálathoz alkalmazott egysugaras spektrofotométer blokkvázlata

Eredmények és értékelésük

• Oldószer használata a szeparált TiO2 részecskék keletkezésének

visszaszorítására

• Alkalmazott oldószerek: aceton, etanol

• Mindkét prekurzor kiválóan oldódott az alkalmazott oldószerekben.

TiO2/MWNT+EtOH (prek. TiBr4) TiO2/MWNT +Aceton (prek. TiCl4)

A hidrolízis sebességének hatása a rétegképződésre

Hogyan hat a hidrolízis sebességének változtatása a kialakuló szervetlen réteg minőségére?

Vizsgált minták: - TiBr4/MWNT/EtOH

- TiCl4/MWNT/AcetonLassú és gyors hidrolízis alkalmazása

TiCl4/MWNT/Aceton – „gyors” TiBr4/MWNT/EtOH – „lassú”

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

-0.25 0.25 0.75 1.25 1.75 2.25

Time (s)

Ab

sorp

tion

ch

ange

(re

l.)

With terb.

MWNT+RC

RC

TiO2/MWNT/RC

Abszorpciós kinetika változások egyszeres gerjesztés hatására (λ=860 nm)

Sample Afast

(%)

fast

(s)

Aslow

(%)

slow

(s)

constant(%)

RC 100 0.853 -

RC/MWNT 34 0.250 66 1.6 -

RC/TiO2/

MWNT

52 0.493 48

RC/TiO2/

MWNT+Terb.

82 0.125 18 0.765 -

A kapott görbék számított kinetikai

paraméterei

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0.00

Number of flashes

Ab

sorp

tion

ch

ange

(re

l.)

TiO2/MW/RC

With terb.RC

MWNT+RC

21 3

Abszorpciós kinetika változások sorozat flashekkel történő gerjesztés hatására (λ=860 nm)

Összegzés

A szén-nanocsöveken szervetlen TiO2

réteg alakul ki oldószerek (etanol,

aceton), és TiCl4, vagy TiBr4

prekurzorként történő alkalmazása

esetén, melynek minőségét a

hidrolízis sebessége egyértelműen

befolyásolja.

RC/ TiO2/MWNT összetételű bio-

nanokompozit anyagot állítottunk

elő, amely fotoszintetikus

tevékenységet mutat, és stabilitása

perceken keresztül megmarad. A

TiO2/MWNT nanokompozit a fény

által gerjesztett elektront

csapdázza.

• Nanokompozit anyagok, TiO2

réteggel borított többfalú

szén-nanocsövek előállítása

és karakterizálása.

• Fotoaktív bio-nanokompozitok

előállítása, a kapott

kompozitok és fotoszintetikus

reakciócentrum

felhasználásával, s ezen

anyagok fotokémiai

folyamatainak vizsgálata.

Célkitűzések

Továbblépési lehetőségek

• RC/ TiO2/MWNT bio-nanokompozit előállítási

paramétereinek változtatása

• A bio-nanokompozit fotokémiai aktivitásának további

vizsgálata

• A környezeti tényezők hatása a rendszerre

Köszönetnyilvánítás

• Ezúton szeretném megköszönni Dr. Hernádi Klárának és Dr. Nagy

Lászlónak, a témavezetőimnek, (SZTE TTIK, Alkalmazott és

Környezeti Kémiai Tanszék, Orvosi Fizikai és Biofizikai Intézet) a

munkám elkészítéséhez nyújtott tanácsaikat, segítségüket, s

mindent, amit megtanítottak nekem.

• Külön köszönet illeti a Biofizika Tanszék minden dolgozóját a

kellemes légkörért, amelyben végezhettem munkámat, és Németh

Zoltánt, az Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék PhD

hallgatóját.