Öğretim Üyelerimizin Akademik Projeleri

Yüksek frekanslı fren gürültüsünün piezoelektrik tabanlı pasif sönümleyici elemanlar ile baskılanması

• Proje Yürütücüsü: Dr. Öğretim Üyesi Akif Yavuz
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: İTÜ – BAP (Yetkin Alan Araştırma Projesi)
• Özet: Bu proje, disk-fren sistemlerinde yüksek frekanslı fren gürültüsünü baskılamak için kütle-kayar bant test düzeneğine piezoelektrik tabanlı pasif sönümleyici yaklaşımını uygulamayı hedeflemektedir. Çalışmada, deneysel verilerle desteklenen çoklu fizik modelleri geliştirilerek farklı çalışma parametrelerinin gürültü üzerindeki etkileri incelenecek ve sistemin dinamik kararlılığı araştırılacaktır. Proje, piezoelektrik tabanlı sönümleyicilerle fren gürültüsünün azaltılmasına yönelik etkili bir yöntem sunmayı ve taşıt fren sistemlerinde pratik çözümler sağlamayı amaçlamaktadır.

Suni İnsan Derisi Geliştirilmesi ve Eklemeli imalatı

• Proje Yürütücüsü: Dr. Öğretim Üyesi Aleaddin Burak İrez
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TÜBİTAK
• Özet: Günümüzde medikal müdahalelerin kalitesini ve etkinliğini arttırmaya yönelik birçok yeni tıbbi malzeme ve araç geliştirilmektedir. COVID-19 salgını da etkili medikal müdahalenin önemini bir kez daha vurgulamıştır. COVID-19 salgını boyunca yoğun bakım ünitelerine yatırılan hastaların önemli bir çoğunluğu ciddi bir solunum desteğine ihtiyaç duymuştur. Yoğun bakım ünitelerinde uygulanan birinci basamak solunum desteğinin yetersiz olması durumunda, trakeostomi isimli invazif bir ikinci asama desteği uygulanmaktadır ve bu işlem COVID-19 süresinde %13’lerden %61’lere kadar yükselmiştir. Trakeostomi, üst solunum yollarının tıkanması durumunda pulmoner ventilasyonu kolaylaştırmak için ve akciğerlerin aspirasyonunu sürdürmek için de uygulanmaktadır. Cerrahlar ve acil tıp teknikerleri tarafından uygulanan trakeostomi işleminde, hastanın boynunda açılan bir kesi bölgesinden hastanın soluk borusuna bir tüp yerleştirilir ve bu tüp aracılığıyla tıkanan solunum yoluna bir alternatif oluşturularak ve hastanın solunumu devam ettirilip ve hayati fonksiyonların devamlılığı sağlanır. Trakeostomi işlem bölgesinde hayati damarların ve ses tellerini bulunması nedeniyle kritik bir işlemdir ve trakeostomi çok iyi eğitimli, pratik sahibi cerrahlar ve acil tıp teknikerlerince yapılmak zorundadır Yapılan literatür incelemeleri ve pazar araştırmalarına göre, insan derisinin mekanik özelliklerini ve kesme davranışını gerçekçi olarak taklit edecek malzemelerin trakeostomi eğitim maketlerinin bulunmaması üzerine; bu çalışmanın temel amacı bu boşluğu doldurmak, kesme davranışı ve mekanik özellikler açısından insan derisini taklit edecek meta malzemeler geliştirilmesi ve bunları eklemeli imalatla üretilmesi olarak belirlenmiştir.

Eklemeli İmalata Uygun Suni Deri Tasarımı ve Üretimi

• Proje Yürütücüsü: Dr. Öğretim Üyesi Aleaddin Burak İrez
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: Fulbright Eğitim Komisyonu, Amerika Birleşik Devletleri
• Özet: Mekanik anlamda insan derisini taklit edebilecek metamalzemeleri geliştirmeyi hedefleyen bu projede, insan derisinin davranışı ve alt elemanlarının özellikleri detaylıca incelendikten sonra, meta malzemelerin imali için LFE-FRESH tekniğini kullanılması öngörülmüştür ve ilk adım olarak nümerik yöntemlerle basımı yapılacak meta malzemelerin tasarımının yapılması ve sonlu elemanlar (FEM) yöntemiyle tasarımın doğrulanması planlanmıştır. Bu düşünce paralelinde ilk olarak, çok malzemeli olarak geliştirilen yapılarda matris malzemesi olarak yumuşak malzemeler, lif malzemesi olarak da kollajen lifler seçilmiştir. Bu malzemeler 3B yazıcı ile basıldıktan sonra malzeme özelliklerinin tanımlanması için çekme testlerine tabii tutulacaktır ve sonrasında da çekme deneyi sonuçları kullanılarak meta malzeme tasarımı gerçekleştirilecektir. Bu tasarım sürecinde, liflerin temel mekanik ve geometrik özellikleri tanımlanır. Daha sonra FEM yazılımına aktarılan tasarıma, malzeme özellikleri, sınır koşulları ve lifler ile matris arasındaki etkileşim tanımlandıktan sonra çözüm ağı örgüsü tanımlanarak, simülasyonlar gerçekleştirilecektir. FEM sonuçları analiz edildikten sonra tasarım değişiklikleri ve yapısal optimizasyonlar gerçekleştirilecektir. Sonrasında, optimize edilmiş bir yapı üretilecek ve nümerik sonuçların doğrulanması için çekme deneylerine tabii tutulacaktır. Gerçek deri ile tutarlı sonuçların elde edilmesiyle, malzemelerin kesme özelliklerini gözlemlemek için bir test düzeneği hazırlanacaktır.

Elektrohidro-Dinamik Aktif Mikro-Karıştırıcının Nümerik ve Deneysel İncelenmesi

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Levent Trabzon
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TUBİTAK / Proje no: 121N238
• Özet:

Projenin amacı;

1. Mikro ölçekte, EHD iletim pompa kullanarak iki dielektrik sıvının karışmasında farklı aktif yöntem sunmak,
2. Farklı elektrot tasarım ve konfigürasyonlarının karışma üzerindeki etkisini artırmak,
3. Farklı boyutlarda 2-D ve 3-D elektrotlar üretmek, iv. Simülasyon sonuçlarıyla uyumlu “mixing index” hesaplamaları yapmak. 

Bu çalışma kapsamında, karışma kalitesini artırmak amacıyla mikroakışkan ve elektrik alan birleştirilerek, elektrohidrodinamik mikromikser üretildi. PDMS mikrokanalların üretiminde “soft litografi” kullanıldı. Elektrot üretiminde ise fiziksel buhar biriktirme yöntemi kullanıldı. 3-D elektrot üretimi için, PDMS/MWCNT/grafen kompozit enjeksiyonu, lazerle-indüklenmiş-grafen elektrotlar olmak üzere farklı yöntemler kullanıldı. Mikroakışkan deneyleri 0.1 Re-5 Re ve 15 Re akış ve 5-10-15-20 V değerleri kullanıldı.

Simülasyon sonuçlarına göre 3 farklı tasarım arasından en yüksek karışma indeksini veren elektrot tasarımı 2-D boylamsal elektrot olduğu gözlemlendi. Deney ve simülasyon sonuçları karşılaştırıldığında, Şekil 2’de görüldüğü gibi “mixing index” değerleri 10V’de tasarım 1/2/5’te sırasıyla 0.44, 0.48, 0.43 olarak hesaplandı. Simülasyonda ise bu değerler tasarım 1/2/5 için 0,62 olarak hesaplandı. Buna göre imagej ile “mixing index” hesaplamaları, simülasyonlar ile orantılıdır, aradaki fark ise hata oranı ve deneysel süreçlerle ilgilidir.

Proje kapsamında;

•           1 adet M.Sc. tez çalışması tamamlanmakta.

•           Bunun yanında 1 adet SCI indeksli Q1 dergide “High-throughput nanoscale liposome formation via electrohydrodynamic micromixer” isimli bir makale yayımlanmıştır, başka bir makale de hazırlanmaktadır.

•           Ayrıca, proje kapsamında 3 adet STAR bursiyeri yetiştirilmiştir.

Şekil 1. Elektrohidrodinamik mikromikser kullanarak akış deneyi ve “mixing index” analizi.

Şekil 2. Tasarım 1/2/5’in 0.1 Re’de 0V ve 10V’de 2-D zemin elektrotları ile “Mixing Index” değerleri.

Mikroakışkan Sistem ile Entegre Silisyuma Katkılı Ferromanyetik Nano-Öbeklerin Kullanımı ile Dolaşan Kanser Hücrelerinin Yakalanması

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Levent Trabzon
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TUBİTAK / Proje no: 221N138
• Özet:

Kanserde erken teşhis, hastalığın önlenmesi ve başarılı tedavi açısından kritik bir konudur. Kanser tedavisine geç erişim, hayatta kalma oranını düşürür, tedavi ile ilgili sorunları artırır ve maliyetleri yükseltir. Kanserin metastaz safhasındaki hastalarda CTC’ler (dolaşımdaki tümör hücreleri) çok nadirdir ve kanda 1 ml'de 1-10 hücre bulunur; bu yüzden bu hücrelerin tespit edilmesi zorlayıcıdır. Son 20 yılda CTC’leri kandan yakalamak için yoğun çaba sarf edilmiştir ve mikroakışkan teknoloji, bu hücreleri erken aşamada yakalamada en etkili yöntemlerden biridir. Ancak, tam geliştirilmiş bir çözüm henüz yoktur, bu yüzden farklı yakalama yöntemleri kullanılmaktadır. Bu projede, nano kümelenmiş ferromanyetik materyaller ile yenilikçi bir mikroakışkan sistem geliştirilmesi hedeflenmiştir.

Proje kapsamında Mn, Co, Ni ve Cr elementleri ile 2 nm’den küçük nanokümeler üretilerek yüksek manyetik alan elde edilmiştir. Bu sayede, basit bir mikrokanalda, ön işlem gerektirmeden CTC yakalanması sağlanacaktır. CTC yakalamanın önemi göz önünde bulundurularak, ticari potansiyeli yüksek ve biyoloji/tıp alanlarında geniş uygulama imkanlarına sahip bir sistem geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca, proje sonucunda elde edilecek teknolojinin, iki ülke ekonomisine katkı sağlaması beklenmektedir.

Yapılan çalışmalar sonucunda Mn katkılı silikon waferın Vimentin-MNP-MDA hücrelerini yakaladığı floresan mikroskobunda gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmanın güvenilirliğinden emin olabilmek için sensör çalışmaları yapıldı. Bunun sonucunda her bir malzeme için ayrı aşamalar gerçekleştirildi ve bağlanma sinyal değişimine bakılarak anlaşıldı. Mangan katkılı silikon waferların CTC yakalamada etkili olduğu gösterilmiştir.

•           Proje kapsamında 1 adet M.Sc. tez çalışması tamamlanmıştır.

•           1 adet Lisans bitirme çalışması tamamlanmıştır

•           1 adet STAR bursiyeri projede yetiştirilmiştir.

•           1 adet BiÇAPA bursiyeri projede çalışmıştır.

•           Projenin sonuçlarını gösteren iki uluslararası konferansa katılım sağlanmıştır.

Şekil 1. Nano-küme katkılı mikroakışkan sistemin şematik gösterimi.

Şekil 2. Sensör çalışmaları a) boş elektrod, b) FeNP, c) FeNP-Vimentin, d) FeNP-Vimentin-MDA.

Karbin Film Tabanlı Gas Sensör ve Biyosensör Uygulamaları Için Özgün Yeni Nesil Karbon Alloptropların Sentezlenmesi ve Uygulamaları

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Levent Trabzon
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TUBİTAK / Proje no: 120N084
• Özet:

Karbon nanomalzemelerinin çeşitli formları arasında, Karbin olarak bilinen bir boyutlu (1D) sp-hibrit karbon, kimyasal kararsızlığı nedeniyle üretmek zor ve karmaşık olmuştur. Sonuç olarak, karbinin özellikleri tam olarak keşfedilememiştir. Son gelişmeler, iyon destekli darbe plazma biriktirme (IA-PPD) ve sıvılar içinde lazer aşındırma (LAL) gibi yeni süreçler kullanılarak laboratuvarda sonlu uzunlukta karbin zincirlerinin başarılı bir şekilde sentezlenmesine olanak sağlamıştır. Bu çalışmada, bu karbin nano yapılarının sentezini ve karakterizasyonunu, benzersiz özelliklerini daha iyi anlamak için sunuyoruz. Ayrıca, onları kuvars kristal mikrodenge (QCM) sensörlerinde algılama malzemeleri olarak kullanarak pratik uygulamalarını da araştırdık. Çeşitli analitleri tespit ederken, LAL karbin amonyak gazı için daha büyük bir seçicilik gösterdi. Sensör, yaklaşık 9.3 dakika içinde tam iyileşme ile 4.7 dakikalık ılımlı bir yanıt süresi sergiledi.

•           Proje kapsamında 1 adet Ph.D. tez çalışması tamamlanmış.

•           Projenin sonuçlarını gösteren dört uluslararası konferansa katılım.

•           Proje kapsamında uluslararası hakemli dergilerde iki makale yayınlanması.

Şekil 1. İyon destekli darbe-plazma biriktirme yoluyla karbin sentezi.

Şekil 2. Karbin kaplı QCM'nin algılama performansı: (a) Farklı konsantrasyonlardaki çeşitli gaza yanıt; (b) Artan amonyak konsantrasyonuna sensörün yanıtı; (c) amonyak algılamada yanıt/iyileşme; (d) yanıt tekrarlanabilirliği.

Yapay Sinir Ağı (YSA) Yaklaşımı ile k-ω SST Türbülans Modelinin Duyarlılık Analizi ve Entegre Deneysel Kalibrasyonu

• Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Sertaç Çadırcı
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: DAAD (Research Stays for University Academics and Scientists,2024)
• Özet:

Projenin başlığı 'k-ω SST Türbülans Modelinin Yapay Sinir Ağı Yaklaşımıyla Hassasiyet Analizi ve Entegre Deneysel Kalibrasyonu' olup vaka özelinde bir problem için, yüzey basıncı ve hız profilleri gibi deneysel verileri toplamak için gerekli hazırlıklar yapılmıştır. HAD çalışmaları, deneysel olarak elde edilen sınır koşulları sayısal modele uygulandıktan sonra gerçekleştirilmiştir. Kalibrasyon, DNN modeline çok amaçlı optimizasyon yaklaşımıyla yapılmıştır. Amaç fonksiyonları hata ölçütleri olacaktır.

Yeni Tip Bir Yarı-Aktif Manyetoreolojik Sıvı Sütunlu Sönümleyici  (MRP-TLCD) ile Deprem Titreşimlerinin Kontrolü

• Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Tahsin Engin
• Projeyi Destekleyen Kuruluş: TUBİTAK
• Özet: Bu projenin amacı; depremin yapılarda meydana getirdiği riski azaltmak için manyetoreolojik (MR) sıvı ile yarı-aktif olarak kontrol edilebilen, özgün bir sıvı sütunlu sönümleyici (Tuned Liquid Column Damper: TLCD) sisteminin geliştirilmesidir. TLCD’nin yarı-aktif kontrolü literatürde ilk kez, MR sıvı kullanılan bir piston tasarımı ile gerçekleştirilecektir. Çalışma sonucunda; mevcut veya yeni yapılacak yapılara düşük maliyetle kolay uygulanabilir, kesme kuvveti indisinde %30 iyileşme sağlayabilen özgün bir deprem titreşimi sönümleme sistemi geliştirilecektir.