Synthesis and characterizations of conjugated oligomers and nanoparticles for optoelectronic and biological applications

Bu proje ilk olarak FRET temelli beyaz ışık emisyonu elde etmek için tekrar çöktürme metodu kullanarak suda dağılabilen konjuge nanoparçacıklar geliştirmeyi amaçlar. Boyut ve dağılımını belirleme amacıyla nanoparçacık ön çalışmaları sadece OFT Pgy ve OFVBt N3 ile gerçekleştirilmiştir. Vericinin (OFT Pgy) ve alıcının (OFVBt N3) örtüşen optikal özellikleri FRET uygulamalarını mümkün kılmaktadır. Suda gerçekleştirilen çıt-çıt reaksiyonu ile oligomerler uç noktaları birleştirilmiş ve V-A çifti yakın tutularak beyaz ışık emisyonu oluşumu kesinleştirilmiştir. FRET temelli beyaz ışık OLED ve özellikle WOLED gibi optoelektronik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Beyaz ışık bütün görünür bölge tayfını kapsadığından uyarım dalga boyuna bağlı olarak farklı renk emisyonları elde edilebilir. Beyaz ışık saçan nanoparçacıkların suda kararlı kalabildiği ve kolayca dağılabildiği için çeşitli biyosensör ve biyogörüntüleme uygulamaları da mümkündür.Projenin ikinci bölümünde, OFVBt N3 oligomer ile di-sülfit içeren çapraz bağlayıcı bakırla katalize edilmiş çıt-çıt reaksiyonu yoluyla çapraz bağlanmıştır. Nanoparçacıklar yüksek çıt-çıt verimi elde etme amacıyla THF içerisinde sentezlenmiş ve biyolojik uygulamalar amaçlandığından suda tekrar dağıtılmıştır. Düşük frekanslı emisyonlar oto-floresansın üstesinden geldiğinden ve vücut içinde daha derine penetre ettiğinden dolayı, OFVBt N3 oligomeri IR bölgesine yakın kırmızı ışık emisyonu ile biogörüntüleme için avantajlıdır. Di-sülfit çapraz bağlayıcısı, oligomer moleküllerini birbirine bağlamasının ve nanoparçacıkları stabilize etmesinin yanı sıra ilaç teslim uygulamasını mümkün kılar. Tiyol içeren GSH (glutatyon) ya da Trx (tiyoredoksin) gibi biyo-moleküller kanser dokularında yüksek konsantrasyonlarda bulunduğundan, di-sülfit bağı kırılabilir ve böylece nanoparçacıklarıdan yüklenmiş ilacın salınımına yol açar. Böylelikle, biyo-görüntüleme için avantajlı emisyon rengi, ve ilacın gönderimi & kontollü salınımı için açılabilir di-sülfit bağı ile çapraz bağlanmış OFVBt N3 nanoparçacıklar hem teşhis hem tedavi ajanıdır.Çalışmanın son kısmında, beyaz ışın saçan bi-oligomer nanoparçacıkları tasarlandı ve OFB Pgy ve Porph N3 kullanılarak elde edildi. Kaliteli bir beyaz ışık emisyonunun bütün görülebilir tayfı kapsaması gerekmektedir ve OFB Pgy(D) ve Porph N3(A)'ün örtüşen optikal özellikleri FRET yoluyla beyaz ışık emisyonu elde etmekte kullanılmıştır. Çıt-çıt reaksiyonunun amacı FRET verimliliğini stabilize etmektir. Buna ek olarak, çözücü olarak THF kullanmak daha iyi çıt-çıt kimyası sağlamak dışında, katı durum aydınlatma uygulamaları için kolay uygulanabilirlik de sağlamıştır. THF kolay buharlaşabildiğinden, beyaz ışık saçan nanoparçalar çeşitli yüzeyler üzerinde film oluşturabilir. Böylelikle, bu nanoparçacıklar başka bir katman gerektirmemekte ve OLED ya da WOLED gibi optoelektronik uygulamalar göz önünde bulundurulduğunda elektrot yüzeyine direk olarak uygulanabilmektedir.Anahtar kelimeler: Konjuge oligomerler, konjuge oligomerler nanoparçacıkları, FRET, çıt-çıt reaksiyonu, beyaz ışık emisyonu. This project firstly aims to develop water dispersible conjugated nanoparticles by reprecipitation method for FRET based white light emission. Preliminary NPs study with only OFT Pgy and only OFVBt N3 were done in order to determine size and distribution of NPs. Overlapping optical properties of donor (OFT Pgy) and acceptor (OFVBt N3) give possibility to FRET applications. By click reaction in water, terminal sites of oligomers are connected and white emission is sealed by keeping D-A pair close. FRET based white light is widely used in optoelectronic applications such as OLEDs or more specifically WOLEDs. Since the white light covers all visible spectrum, different color emissions are obtainable depending on excitation wavelength. Various biosensor and bioimaging applications are also possible with white light emitting NPs, since they are readily and stably dispersed in water.In second part of the project, OFVBt N3 oligomer is cross-linked with di-sulfide containing crosslinker via copper catalyzed click reaction. NPs were synthesized in THF to obtain high click efficiency and redispersed in water, since the biological applications are targeted. OFVBt N3 oligomer is advantageous for bioimaging with its red emission close to IR region, since lower frequency emission overcomes the background auto-fluorescence and penetrates deeper in the body. Di-sulfide crosslinker, in addition to connecting the oligomer molecules and stabilizing NPs, provides possibility of drug delivery application. Since GSH (glutathione) or Trx (thioredoxin) like thiol bearing bio-molecules subsist in higher concentrations in tumorous tissues, di-sulfide bond can be cleaved, releasing the loaded drug from NPs. Thus, crosslinked OFVBt N3 NPs is a theranostic agent with an advantageous emission color for bio-imaging and a cleavable di-sulfide bond for drug delivery & controlled release.In last part of the study, white light emitting bi-oligomer nanoparticles were designed and obtained by using OFB Pgy and Porph N3. A quality white emission requires to cover all visible spectrum and overlapping optical properties of OFB Pgy (D) and Porph N3 (A) is used to white light emission by FRET. The purpose of clicking the oligomer pair is to stabilize the FRET efficiency. Moreover, using THF as the solvent is not only facilitated a better click chemistry, but also provided ease of applicability for solid state white light applications. Since THF evaporates easily, white light emitting NPs can form film on various surfaces. Thus, these NPs requires no host layer and can be applied directly to electrode surface when optoelectronic applications e.g. OLEDs or WOLEDs are considered.Keywords: Conjugated oligomers, conjugated oligomer nanoparticles, FRET, click reaction, white light emission. 99