Fotoaktív bio-nanokompozit előállítása reakciócentrum fehérje és TiO2 -dal borított többfalú szén nanocsövek felhasználásával Tudományos diákköri dolgozat 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

Előadásom felépítése 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. Bevezetés Áttekintés Célkitűzések Anyagok és módszerek Eredmények és megvitatásuk Összegzés Továbblépési lehetőségek

Fotoszintetikus reakciócentrum fehérje és nem fehérje jellegű részei Áttekintés Nanotechnológia, nanobiotechnológia Kompozitok, nanokompozitok Szén nanocső erősítésű kompozitok Szén nanocső alapú bionanokompozitok A fotoszintetikus reakciócentrum felépítése Bfeo A P QA B QB Fe Crt Bfeo B Bkl A Bkl B 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

Minta előkészítés, vizsgálati módszerek II. Fotoszintetikus reakciócentrum (RC) előállítása preparátum formájában RC/ TiO2/MWNT bio-nanokompozit előállítása Flash-indukált abszorpcióváltozás vizsgálata PS A vizsgálathoz alkalmazott egysugaras spektrofotométer blokkvázlata 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

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)

Lassú és gyors hidrolízis alkalmazása A hidrolízis sebességének hatása a rétegképződésre Hogyan hat a hidrolízis sebességének változtatása a kialakuló szervetlen réteg minőségére? Vizsgált minták: - TiBr4/MWNT/EtOH - TiCl4/MWNT/Aceton Lassú és gyors hidrolízis alkalmazása TiBr4/MWNT/EtOH – „lassú” TiCl4/MWNT/Aceton – „gyors”

A kapott görbék számított kinetikai paraméterei Abszorpciós kinetika változások egyszeres gerjesztés hatására (λ=860 nm) Sample Afast (%) tfast (s) Aslow tslow 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

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

Célkitűzések 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.

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.