Nanofiber
80 theses under this subject heading
Elektro lif çekim yöntemiyle üretilen nanolif ipliklerin karbonizasyonunun araştırılması
Sahip oldukları üstün özellikleri sayesinde karbon nanolifler teknolojik açıdan ilgi çeken ileri malzemeler arasında olup, PAN esaslı nanolifleri elektro lif çekim yöntemiyle (electrospinning) nanolifli yüzeyler şeklinde üretmek ve ardından bu yüzeylerin karbonizasyonu bu alanda kullanılan yöntemler arasındadır. Son yıllarda elektro lif çekimiyle nanolifleri iplik halinde eğirme yöntemlerinin geliştirilmeye başlanması ile nanolifli yüzey yerine nanolif ipliklerin karbonlaştırılması ise nispeten yeni bir çalışma alanı olarak ortaya çıkmıştır. Bu doğrultuda sunulan tez çalışmasında günümüzün özel malzemeleri arasında yer alan karbon nanoliflerin iplik formunda üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla öncelikle PAN esaslı nanolif ipliklerin elektro lif çekim yöntemiyle büküm verilerek eğrilmesi işlemi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, elde edilen nanolif ipliklere stabilizasyon ve karbonizasyon işlemleri uygulanmıştır. Stabilizasyon işleminde farklı sıcaklık (230 °C, 240 °C ve 250 °C) ve işlem süresinin (1, 2, 3 ve 4 saat) etkisi incelenerek optimum koşullar belirlenmiştir. Karbonizasyon işleminde ise farklı sıcaklık (800 °C, 900 °C ve 1000 °C), işlem süresi (1 dk, 30 dk ve 1 saat) ve sıcaklık artış hızının (5 °C/dk, 7,5 °C/dk ve 10 °C/dk) etkisi incelenmiştir. Uygulanan işlemler sonucu elde edilen iplik yapı ve özelliklerindeki değişimler ve işlem parametrelerinin etkileri irdelenmiştir. Çalışmada ayrıca nanolifli yüzey formuna kıyasla nanolif iplik eğirme prosesinin olumlu etkisi gözlenmiştir. Stabilizasyon işleminde 250 °C ve 1 saat işlem koşulları optimum parametre olarak belirlenmiş, ağırlıkça en yüksek karbon element içeriği ise 5 °C/dk sıcaklık artış hızıyla 1000 °C'de 1 saat boyunca gerçekleştirilen karbonizasyon işlemi sonrasında elde edilmiştir.
Üretral onarımda kullanılmak üzere nanobiyomalzemelerin hazırlanması
Üretra yaralanmaları; tedavisindeki zorluklar ve cerrahi müdahale sonrasında oluşan komplikasyonların yüksek oranda görülmesi nedeni ile üroloji alanında halen önemli sorunlardan birini teşkil etmektedir. Bu yaralanmalar, karmaşık bir yapıya sahip olmakla birlikte endoskopi ile tedavi edilmesi zordur. Üretra yaralanmaları, büyük çoğunlukla düşmelerde veya pelvis kırıklarına neden olan yaralanmalar sonucunda görülmektedir. Bu durumlar, üretranın ön veya arka kısmını etkileyebilmekte ve ciddi komplikasyonlara yol açabilmektedir. Üretra darlıkları, enfeksiyon veya yaralanma gibi sebeplerle ortaya çıkabilir ve tedavi edilmezse ciddi sorunlara neden olabilmektedir. Nanoteknoloji, üretra yaralanmalarının ve darlıklarının tedavisinde umut vaat eden bir alan olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada üretral onarımda kullanılmak üzere nanobiyomalzemelerin hazırlanması ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Bu tez çalışmasında, üretral onarımda kullanılmak üzere, Papaverin (PPV) hidroklorür yüklü Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)/Jelatin (PHBV/Jel) nanofiber membranların elektrostatik eğirme yöntemiyle sentezlenmesi, karakterizasyonu ve özelliklerinin incelenmesi amaçlanmaktadır. PHBV, biyobozunur, biyouyumlu, toksik olmayan ve yarı kristalin özelliklere sahip olup, yüksek mekanik dayanıklılığı ve kolayca elektrostatik eğrilebilirliği ile doku mühendisliği uygulamaları için elverişli bir biyopolimerdir. Jelatin (Jel) ise düşük maliyet, yüksek biyouyumluluk, biyobozunurluk, sitotoksik olmaması, antijen özellik göstermemesi, yüksek su tutma kapasitesi, doğal hücre dışı matriks (ECM) ile yapısal ve işlevsel benzerliği, hücre tutunması, farklılaşması ve çoğalmasını destekleyici özelliklere sahip bir biyopolimer olmasından dolayı doku mühendisliği uygulamalarında sıklıkla tercih edilen bir diğer doğal polimerdir. Ancak elektrostatik olarak eğrilmiş jelatin nanofiberlerin hızlı bozulma ve zayıf mekanik dayanım özellikleri biyomedikal alanda kullanımlarını sınırlamaktadır. Jel'in diğer doğal veya sentetik polimerler ile karışım ile mekanik, fizikokimyasal ve biyolojik özellik açısından üstün doku iskeleleri üretilebilmektedir. PPV hidroklorür, düz kas hücrelerini gevşeterek kan damarlarını genişleten bir vazodilatördür. Bu özellikleri sayesinde, PPV hidroklorür ilavesiyle nanofiber membranların doku rejenerasyonunda ve üretral onarımda etkinliğinin artırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusundada yapılan harakterizasyon çalışmaları kapsamında, PHBV, PHBV/Jel ve PPV hidroklorür yüklü PHBV/Jel nanofiber membranların viskozite ölçümleri, morfolojik analizleri, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), termal gravimetrik analiz (TGA), mekanik testler, in vitro papaverin hidroklorür salım çalışmaları, temas açısı (ıslanabilirlik) testleri ve in vitro biyodegradasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Viskozite ölçümleri, çözelti viskozitesinin saf jelatin katkısıyla ve PPV hidroklorür yükleme oranının artışıyla azaldığını göstermektedir. Jel katkısı, PHBV çözeltisinin direncini kırarak viskoziteyi azaltmıştır. Morfolojik analizler, FEGSEM görüntüleri ve Image J yazılımıyla yapılan ölçümler, farklı konsantrasyonlara sahip çözelti oranlarının membran morfolojisini ve fiber çaplarını etkilediğini ortaya koymaktadır. Jel katkısı kopma kuvveti ve uzama değerlerini azaltmıştır. Jel polimerinin yumuşatıcı etkisi ile düşme meydana gelmiştir. PPV hidroklorür yüklenmesi sonucunda PPV hidroklorür maddesi liflerin arasına girerek mukavemet artışı sağlamıştır. Çekme yönünde polimer lifleri arasında gerilmelere maruz kaldığından çekme mukavemet artışı sağlanırken, PPV hidroklorür katkı artışı uzama değerlerini azaltmıştır. PPV hidroklorür katkı artışı ile gevrek bir membran formu elde edilmektedir. FTIR analizleri, PHBV nanofiber yapısına jel ve PPV hidroklorür katılımını doğrulamıştır. DSC termal analizleri, PPV hidroklorür ilavesiyle membranların termal davranışının değiştiğini ortaya koymaktadır. Jel katkısı, PHBV'nin erime noktası ve entalpi değerlerini etkilemiştir. TGA analizleri, PPV hidroklorür yüklenmesi ile membranların bozunma sürelerinin hızlandığını göstermektedir. PPV hidroklorür yüklenmesi ile PHBV/Jel membran yapıları hızlı bozunmaya başlamıştır. PPV hidroklorür artışı ile daha hızlı bozunma reaksiyonu meydana gelmiştir. Jel katkısı yumuşatıcı özellik sağlayarak ısıya karşı termal koruma sağlamıştır. PPV hidroklorür artışı ile membran yapısı daha gevrek hale gelmiş ve ısıyla termal bozunma hızlanmıştır. Mekanik testler, PPV hidroklorür ilavesiyle membran uzama değerlerinin düştüğünü ve kopma kuvvetinin arttığını göstermektedir. Jel katkısı, PHBV'nin kopma kuvvetini azaltmış ancak uzama değerlerini iyileştirmiştir. Elastik modül değeri yüksek olduğu zaman membranın dayanıklı olduğu, düşük olduğu durumda ise membranın kırılgan olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Elde edilen in vitro salım profili, %0.25 (w/v) PPV hidroklorür yüklü %10 PHBV/%5 Jel nanofiber membrandan kontrollü-geciktirilmiş salımı doğrulamıştır. İlk 30 dakika içinde gerçekleşen hızlı PPV hidroklorür salımını (burst release) takiben daha yavaş ve kontrollü bir salım hızı gözlenmiştir. In vitro biyodegradasyon çalışmaları, PPV hidroklorür ilavesinin biyolojik parçalanmayı hızlandırdığını göstermektedir. Jel katkısı üretilen PHBV nanofiber membranların, biyolojik bozunma sürecinde hasarlar, kıvrılma, parçalanma ve fiber agregasyonu gibi belirgin morfolojik değişimler yaşanmasına neden olmuştur. Hücre kültür çalışmaları kapsamında, hücreler ile etkileşimi incelenmiştir. In vitro sitotoksisite testleri (MTT) ve hücre tutunması ve proliferasyonu analiz edilmiştir. Jel eklenmesi, hücre tutunmasını ve canlılığını önemli ölçüde artırmıştır. PPV hidroklorür ilavesi, nanofiber membran morfolojisinde bozulmalara ve lif aglomerasyonuna neden olarak hücre tutunma ve proliferasyonunu olumsuz etkilemiştir. In vitro sitotoksisite testlerinde, PPV hidroklorür konsantrasyonunun artmasıyla hücre canlılığının azaldığı ve toksik etkilerin ortaya çıktığı gözlemlenmiştir. Hücre tutunması ve proliferasyonu analizleri sonucunda, PHBV/Jel nanofiber membranlarda en iyi hücre tutunma ve çoğalma sağlanırken, PPV hidroklorür yüklü membranlar arasında en iyi hücre tutunma ve çoğalmanın %0.25 (w/v) PPV hidroklorür yüklü %10 PHBV/%5 Jel nanofiber membranda olduğu belirlenmiştir. Viskozite, morfolojik, termal ve biyolojik analizler sonucunda, PPV hidroklorür ilavesinin belirli özellikleri iyileştirdiği ancak hücre canlılığını olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında hazırlanan farklı konsantrasyonlarda (%0.25, %0.50 ve %1 (w/v)) PPV hidroklorür yüklü PHBV/Jel nanofiber membranlar başarıyla sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Bu nedenle, üretral onarımda umut vadeden yenilikçi ve etkili bir doku rejenerasyon malzemesi olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.
Utilization of pectin produced from infrared dried orange peel in development of electrospun nanofibers and characterization of the nanofibers
In recent years, utilization of infrared (IR; Infrared) drying in food industry is increasing, due to its advantages (efficient, energy saving, low cost, direct heat penetration, fast heating rate, short processing time) over conventional heating. Pectin has been used in many researches in food and pharmaceutical industries due to its biocompatibility, nontoxic structure and biodegradability. Pectin is also used in production of nanofiber by using electrospinning which has advantages (less energy requirement, better control of particle size, cost effectiveness, applicability at room temperature). Wastes of fruit juice industry are important sources of pectin. In this thesis, pectin was extracted from orange peels infrared dried or oven dried at different conditions. The effects of different drying and extraction conditions on pectin properties were investigated. Nanofibers were produced by using these pectin samples by itself or with PEO or PVA at different electrospinning parameters. The effects of pectin properties and different electrospinning parameters on the characteristics of nanofibers were investigated. Orange peel samples were infrared dried (600W,700W,800W for 30min) or oven dried (60°C,70°C). Pectin was extracted from dried orange peels at 90°C, by using different extraction conditions (pH1-1.5-2, for 60-90-120min.). Best pectin extraction method was determined by investigating properties of pectin samples and pectin nanofibers. The pectin samples had high purity (galacturonic acid 72.79-98.66%) and high esterification degree (59.22-94.06%). The highest yield of pectin was obtained at pH1-120min for oven dried and pH1.5-120min. for infrared dried samples. Pectin yield values together with the properties of electrospun nanofibers confirmed that pectin extraction at pH1.5-120min. is the key parameter for finest fiber formation with better morphology. It was not possible to produce nanofibers from pure pectin (extracted from orange peels infrared dried at 800W-30min.) solutions. Nanofibers were produced by using pectin:PEO (3:1, 3:2, 4:1, 4:2, 5:1% (w/w)) or pectin:PVA (2:5, 2:6, 2.5:5, 2.5:6, 3:5, 3:6% (w/w)) solutions in order to determine the co-polymer. Different electrospinning parameters such as flow rate (0.2-0.7ml/h), voltage (15-35kV), distance (8-20cm.) were used. Higher concentrations of pectin was used in pectin+PEO solutions as compared to pectin+PVA solutions. Morphology (SEM), DSC thermogram, water contact angle of the nanofibers were determined. Based on the results, the most appropriate polymer and electrospinning solution concentration was chosen as pectin:PEO 3:1(%w/w,with Triton X-100) and the best electrospinning parameters were chosen as 15cm,0.5ml/h,35kV. XRD patterns of PEO nanofibers showed that electrospinning process reduced the crystallinity of PEO. However, electrospinning did not cause a change in XRD patterns of pectin. Enthalpy values (89.31-108.95 J/g) of the pectin samples produced in the study were higher as compared to that of commercial pectin (71.07 J/g). Both of the peaks of PEO or pectin were observed in FTIR, DSC thermogram and XRD pattern for pectin+PEO nanofibers, indicating the compatibleness of PEO and pectin in nanofiber production. Pectin+PEO nanofibers including pectin produced in the study had higher water contact angle value (20.98-50.14°) as compared to that of commercial pectin (15.60°) nanofiber. Pectin extracted from orange peels dried at 700W-30min. showed moderate (50.14°) hydrophilic surface characteristics. Overall results indicated that pectin+PEO nanofibers may have a potential in various applications of food industry.
Myozin hafif zincir kinaz inhibitörü (ML7) yüklü polimerik nanofiber formülasyonların miyometriyum kasılmasına etkisi
Bu tez çalışmasında amaç erken doğumun önlenmesinde etkili olabilecek nano tabanlı kontrol edilebilir bir ilaç taşıma ve salım sisteminin tasarımı, formülasyonu ve in-vitro etkinliğinin araştırılmasıdır. Bu amaçla termde sezaryen ile doğum yapan gebe kadınlardan (n=10) alınan uterus dokusu kullanarak kalsiyum kanal blokörü (nifedipin) ve myozin hafif zincir kinaz inhibitörü (ML7) yüklü nanofiberlerin spontan ve uyarılmış miyometriyum kasılmaları üzerindeki etkisine bakıldı. PLGA polimeri ile elektroeğirme yöntemi kullanılarak nifedipin ve ML7 yüklü anofiberler hazırlandı; Grup I kontrol; Grup II ilaçsız nanofiber; Grup III Nifedipin (10-5M); Grup IV ML7 (3x10-5M); Grup V ML7 (3x10-5M) ve Nifedipin (10-5M); Grup VI ML7 (3x10-5M) ve Nifedipin (3x10-5M); Grup VII ML7 (3x10-5M) ve Nifedipin (10-4 M). Termde uterus örneklerinden hazırlanan miyometriyum şeritlerine (3x10 mm) anofiberler uygulandı ve in-vitro organ banyosuna yerleştirildi. Şeritlerin spontan, KCl (120 mM) ve kümülatif oksitosin (10-11-10-5 M) ile uyarılmış kasılmaları kaydedildi. Kasılma genlikleri şerit ağırlığı ve KCl ile uyarılmış kasılma ile normalize edildi, kasılma sıklığı ve eğri altında kalan alan ölçüldü. Veriler SPSS istatistik programı ile değerlendirildi. İlaç yüklü polimerlerin uygulanması, tüm gruplarda spontan ve uyarılmış kasılmaların sıklığında ve şiddetinde önemli bir azalmaya neden oldu (p<0,01). Kontrol grubu ile ilaç yükleme yapılmamış nanofiber gruplarında benzer sonuçlar elde edildi (p=0,704). Kasılmaların genliği ve sıklığı açısından, oksitosin doz-kasılma yanıtındaki en belirgin etki grup VII'de görüldü (p<0,05). Grup VI'da da kontrol ve ilaç yüklemesi yapılmamış nanofiber gruplarına göre kasılma şiddeti ve sıklığı anlamlı derecede azalmıştı (p<0,05). Bu farklar özellikle yüksek dozlarda anlamlı bulundu. Sadece Nifedipin veya ML7 yüklü nanofiberlerin kullanımı da kasılmanın genliği ve sıklığında azalmaya neden oldu, ancak bu azalma kontrol ve boş polimer gruplarıyla karşılaştırıldığında anlamlı değildi. Maksimum kasılma yanıtı da benzer şekilde ilaç uygulanan şeritlerde anlamlı derecede azalmışken, en önemli fark Grup VI ve VII'de gözlendi (p<0.01). Bu çalışmanın sonuçları insan uterus doku şeritlerinde Nifedipin ve ML7 yüklü nanofiberlerin kasılmaları baskılayabildiğini göstermektedir. İleri çalışmalarda bu formülasyonların in vivo etkinliğinin gösterilebilmesi lokal etkili, sistemik yan etkileri azalmış ve güvenli kontrol edilebilir ilaç salım sistemlerinin potansiyel tedavi seçeneği olarak önerilebilmesini sağlayacaktır.
Elektrospinning yöntemi ile doğal selülozdan nanofiber elde edilmesi
Nanoteknoloji, yüzey uygulamalarında, elektrik-bilgisayar teknolojisinde, medikal alanlarda, havacılık-uzay araştırmalarında, biyoteknoloji-tarım ve çevre-enerji gibi çeşitli endüstrilerde kullanılarak nano ölçekli üstün özellik ve performansa sahip malzemelerin geliştirilmesini kapsamaktadır. Nanofiberlerin lif çapının nanometre düzeyinde olması, malzemenin yüzey/hacim oranını ve liflerin mekanik özelliklerini artırmaktadır. Nanoteknoloji, çevre ve enerji araştırmalarında artan küresel enerji talebinden ve dolayısı ile çevre üzerindeki etikisi, katma değerli ürünlerin üretilmesi için ham madde olarak yenilenebilir rezervlere ilgi göstermeye başlamıştır. Yenilenebilir biyokütle hammaddelerinden elde edilen plastikler ve kompozitler sentetik polimerleri değiştirmek ve fosil yakıtlara küresel bağımlılığı azaltmak için umut verici malzemeler olarak görülmektedir. Yenilenebilir malzemeler arasında selüloz biyolojik bozunabilirlik, biyolojik uyumluluk ve yenilenebilirlik gibi çevre dostu özelliklerinden dolayı petrol esaslı polimerlerin yerini alması için en güçlü potansiyel aday olarak kabul edilir. Yüksek termal stabilite ve arzu edilen mekanik dayanım gibi üstün özellikleri sayesinde tekstil mühendisliği, gıda bilimi ve biyomedikal mühendisliği gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Buradan yola çıkarak günlük hayatta kullandığımız selülozun uygun çözücüler içerisinde çözünmesi ve daha sonra elektrospinlenmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmanın ilk kısmında ana hammade olan tuvalet kağıdının (selüloz) hidrojen bağlarını kırabilecek ve elektrospinlenmesini sağlayacak uygun bir çözücü araştırılmıştır. İlk olarak çözme işlemi gerçekleştirilmeden önce; selüloz, su+methanol ve DMAc ile aktive edilmiş ve %8'lik DMAc/LiCl içerisinde %2-3 arası konsantrasyonlarda çözme işlemi gerçekleştirilmişse de elde edilen çözeltinin viskozitesi çok yüksek kalmıştır. Electrospinning işlemi yüksek viskoziteden dolayı başarılı olamamıştır. Daha sonra ise çözeltinin ısıtılması denenmiş ;ama electrospinning işlemine başlayana kadar çözelti tekrardan oda sıcaklığına dönmüştür. İkinci ve üçüncü bir sistem olarak ise ısı tabancası ve infrared ısıtıcı kullanılmış ama cihazın sınırlarından dolayı istenilen sonucu vermemiştir. Deneysel çalışmanın ikinci kısmında ise çözücü TFA olarak değiştirilmiştir. %2-2,5 konsantrasyonlara sahip selüloz çözeltisi hazırlanmış ve viskozite ilk kısma göre daha düşük olmuştur. Bu sayede electrospinlenme işlemi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen fiberler SEM, FTIR ve XRD ile incelenmiştir. %2,5 tuvalet kağıdı, %2,5 uzun elyaf ve %2,5 kısa elyafdan fiberler elde edilmiştir. Elde edilen FTIR sonuçlarından cast film uzun süre dışarıda durduğundan içerisindeki TFA pikine işaret eden 1790 cm-1''lik bant görülmemiştir. Nanofiberlerin bir miktar havaya maruz kaldıktan sonraki FTIR analizi sonucunda, ester gruplarının hava nemi ile hidroizi ve aynı zamanda doğal buharlaşma yoluyla TFA tortusunun kısmen uzaklaştığı görülmüştür. Daha uzun süreler havaya maruz kalındığında bu piklerin tamemen ortadan kaybolduğu görülmüştür. XRD sonuçlarından tuvalet kağıdından üretilen nanofiber amorf bir durum sergilemiştir. Bu selüloz nanofiberin gerilme özelliklerinin geneleksel çözelti spinlenmesinden daha düşük olduğunu düşündürmektedir. Sonuç olarak elde edilen selüloz nanofiberin amorf özellikte olması ve TFA'dan komple arındırılabilecek olması, hızlı biyodegrasyon için bir avantaj sağlayabilir ve selülozun biyo-uyumlu ve biyo-bozunabilir bir materyal olarak kullanılması amaçlanabilir.
Electrospun nanofibers from copolymers and terpolymers of acrylonitrile, vinyl acetate and vinylphosphonic acid
Polymer materials are active in every area of human life. They are preferred because they are lighter than ceramics and metals and are easy to process and have high mechanical properties. Depending on the area to be used, a number of improvements can be made using physical or chemical methods to improve the properties of polymer materials. Particularly fillers and additives are frequently used with the aim of enhancing the polymer properties. The structure of each filler and additive to be used varies depending on the polymer structure. Additives such as flame retardants, stabilizers, antioxidants and plasticizers are frequently used to improve the properties of the materials. Nanofibers are found in many applications as high function materials with diameters below 100 nm, high surface area and porosity. These applications include areas such as scaffolds in tissue engineering, drug delivery, enzyme immobilization, filtration, wound healing, biosensors. Acrylic fibers are the most commonly used fiber type in the textile industry. Acrylic fibers found in the works to meet the increasing wool need in the world are preferred because of their natural feel like wool, easy washability, resistance to sunlight and chemical resistance. The first acrylic fiber produced as homopolymer with 100% acrylonitrile polymerization, marketed by Orlon patent name, is hard and brittle and difficult to paint. In order to solve this difficulty, it was mixed with a second monomer and converted into copolymers to make the use in textile. Acrylic fiber, which is made up of acrylonitrile monomer and comonomer, usually produced by wet and dry spinning systems, can be produced as a nanofiber. In this study, it is aimed to produce nanofibers of acrylonitrile copolymers and terpolymers. For this purpose, the polymerization reaction of acrylonitrile monomers and comonomers was carried out and the nanofiber production was carried out using electrospinning technique. At the same time, acrylonitrile copolymers and terpolymers were produced in different formulations with different water/monomer ratios and nanofiber of each formulation was produced. In the first step, the acrylonitrile monomer and the vinyl acetate comonomer are polymerized with an ammonium persulfate initiator at a temperature of 70 °C. Copolymers have been produced in different compositions with the water/monomer ratios: 3,5 and 10. The same method was used for the terpolymer production. In addition to acrylonitrile and vinyl acetate monomer, vinylphosphonic acid monomer is used for the terpolymer. Environmentally friendly, halogen-free flame retardant species, phosphorus-containing flame retardants are widely used. In the condensed phase mechanism, flame retardant phosphoric acid contributes to the formation of coal by altering the thermal degradation of the polymer. In the second step, solutions were prepared from the polymers formed using dimethylformamide (DMF) solvent. While the copolymer solutions were prepared at 10%, the terpolymer solutions were prepared at 5%. These solutions were produced to use in electrospinning method which is a nanofiber production method. Nanofibers and polymers are characterized by FTIR-ATR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer), SEM (Scanning Electron Microscope), TGA (Temperature Mass Analyzer), DSC (Differential Scanning Calorimetry), Ostwald viscometer, ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis. Nanofiber formation was carried out from copolymer solutions prepared with different water / monomer ratios. In the case of the terpolymer solutions prepared at the same ratios, the nanofiber formation of the terpolymer solution having a water / monomer ratio of 10 can be carried out, whereas the nanofiber formation of the terpolymer solutions having a water / monomer ratio of 3 and 5 can not be achieved. This is due to the high viscosity values of the terpolymer solutions with a water / monomer ratio of 3 and 5. These polymers with a high viscosity values appear to release solvent when fiber production is needed, during the fiber production stage. It is known that glass transition temperatures and melting temperatures of semicrystalline polymers decrease with comonomer addition. The results of differential scanning calorimetry (DSC) show that the glass transition temperatures of the terpolymer and copolymers are increased when compared to the glass transition temperature of the acrylonitrile homopolymer. The increase in glass transition temperatures is due to the influence of the hydrogen bond formed by the electronegative atoms in the vinyl acetate monomer and the vinylphosphonic acid monomer. In addition, the increase in glass transition temperatures of terpolymers is greater than that of the copolymers. The Char layer enhances the formation of water vapor which reduces flammable volatile substances. At the same time, it reduces heat transfer from the heat source to the polymeric material. The increase in the amount of residues in the polymer means that the formation of carbon layer is increased. In the sample CP-2 with a residual amount of about 52%, the most carbon layer formation occurs. Among the terpolymers, TP-1 with a residual amount of 47% shows the maximum amount of residues and maximum carbon layer formation. In addition, carbon layer formation in the terpolymers decrease with increasing the amount of water. It has been found that the contribution of the synthesized copolymers and terpolymers to carbon layer formation is less than the contribution of homopolymer and commercial P (AN-co-VAc) to the formation of carbon layer. According to the water absorption test results, it appears that the water absorption percentage of the synthesized copolymers and terpolymer increases with respect to homopolymer. If we compare the water absorption percentages of the copolymers and terpolymers, it is seen that the water absorption percentages of the copolymers are almost equal to or even greater than the terpolymers. The reason for this is that the phosphonic acid groups present in the terpolymers form hydrogen bonds between themselves and therefore the rate of hydrogen bonding with water is reduced. Low water absorption values of terpolymers may be useful for use in different areas of nanofibers. These polymers can be used to produce a water-resistant nanofiber.
Flame retardant nanofibers from acrylonitrile, methylacrylate and vinylphosphonic acid terpolymers with using electrospinning technique
Polymers have been used many areas in our lifes with manufacturing different production methods. Due to the polymers have some advantages such as low cost and light weight so these advantages make them preferable material in many areas. Nanotechnology also effected our lifes and polymers can be used as a raw material for nanofiber production via different production methods. Electrospinning is one of the suitable nanofiber production method which is very proper and simple way to create versatile properties of nanofibers. Besides this developments, some disadvantages of polymers must be considered such as flammability. Due to the organic based structures of polymers that can be easily burn and cause very big bad results. To avoid fire conditions, flame retardant materials can be used as an additive during production of polymer products. Flame reterdant additives can be halogen, halogen free or inorganic. Halogen flame reterdants have a toxic gases during combustion and hazardous effects. For this reason, halogen free flame reterdants should be used to avoid toxic gases release to the enviroment. This study can be seprable into two main parts. The first part purpose is to synthesize and characterized acrylonitrile (AN), methyl acrylate (MA) and vinyl phopsponic acid (VPA) homopolymer, copolymers and terpolymers. And the second part is to produce nanofibers via electrospinning method with using synthesized polymers and add a flame retardant property to the produced nanofibers. For first part, initially homopolymer of PAN was synthesized. Then with different percentage of initiator to chain transfer agent ratio was used to synthesize copolymers and terpolymers under same reaction conditions. Synthesized P(AN) homopolymer, P(AN-MA) copolymers and P(AN-MA-VPA) terpolymers were characterized using Fourier Transform Infrared spectrometer (FTIR), differential scanning calorimeter (DSC), and thermal gravimetric analysis (TGA). The effect of MA and VPA content on the spectroscopic and thermal properties of AN-MA copolymers and AN-MA-VPA terpolymers were investigated. In the second part of study, elecrospinning process of the homo PAN, AN-MA copolymer and AN-MA-VPA terpolymers solutions in dimethyl formamide (DMF) was prepared succesfully. Morphology of nanofibers was determined with using Scanning Electron Microscopy (SEM).
Elektroeğirme yöntemiyle elde edilecek kompozit protein nanofiberlerin yapısal, termal ve antimikrobiyal özelliklerinin incelenmesi
Gıdaların üretimden tüketiciye ulaşıncaya kadar geçen süreçte enzimatik ve mikrobiyolojik olarak bozulmaya uğramaları, bu ürünlerin taşınması, paketlenmesi ve depolanması gibi aşamalarda takip ve kontrol edilmesi gereken önemli problemlerdir. Günümüzde, gelişen teknolojilerin sunduğu imkanlarla bu sorunlara çözüm aranmaktadır. Gıdaların, nanoteknoloji ürünü doğal biyopolimer nanolif film malzemelerle güvenli şekilde kaplanmaları ya da ambalajlanmaları son zamanlarda yoğun şekilde araştırılan konular arasındadır. Nanolif malzemeler elektroeğirme tekniği ile üretilirler. Hayvansal ve bitkisel proteinlerden elde edilen nanoliflerin doğal antimikrobiyal maddeler ile zenginleştirilerek kullanılması gıda koruma ve muhafaza anlamında nanoambalaj materyallerini ön plana çıkarmıştır. Özellikle, polietilen oksit (PEO), polivinil alkol (PVA), polikaprolakton (PCL) gibi taşıyıcı polimerlerin ilavesiyle proteinlerin çekilebilirlikleri ve elde edilen nanoliflerin mekanik özelliklerinin güçlendirilmesi sağlanabilmektedir. Bu çalışmanın amacı peyniraltı suyu (PAS) ve soya proteinlerden PEO varlığında elektroeğirme yöntemiyle kompozit nanolif film materyallerinin elde edilmesi, bu filmlerin mikroskopik, spektroskopik, termal ve antimikrobiyal yöntemlerle karakterizasyonu ve gıda uygulamasının araştırılmasıdır. Elektron mikroskopu ile morfolojileri incelenen örneklerde net bir şekilde fiber oluşumu gözlenirken nadiren boncuk oluşumları da gözlenmiştir. Fouirer Transform Infrared Spektrometre (FTIR) bulgularına göre kompozit nanoliflerin yapısındaki PAS, PEO ve zerdeçal ekstraktına ait parmakizi bölgeleri tespit edilmiştir. Termogravimetrik Analiz (TGA) analizi ile nanoliflerin ısıl direnci ve 250-300 ºC sıcaklıklara kadar dayanıklılık gösterdiği görülmüştür. Gıda uygulaması olarak belirlenen mandalinalara kaplama yapıldığında, tekstürel açıdan kontrol örneklerine göre daha dayanıklı olduğu gözlenmiştir. Kaplama öncesi taze mandalinanın L, a ve b değerleri sırasıyla 57,42±0,99, 33,50±1,64 ve 47,97±1,26'dır. Kaplama ve inkübasyon sonucu yıkanan mandalinalardan alınan L, a ve b değerleri, 58,32±1,46, 35,39±1,24 ve 45,85±2,32'dir. Bu sonuçlara göre kaplama öncesi ve kaplama sonrası mandalina kabuk renginde gözle görülür oranda değişiklik olmadığı anlaşılmaktadır. Nanolif kaplama yapılan mandalinaların beyazlık (WI) ve sarılık (YI) indeksleri sırasıyla 1,04 ve 144,22'dır. Buna göre nanolifler beyaza yakın renkte ve zerdeçal ekstraktı eklenen örneklerde sarılık değerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Zerdeçal ekstraktsız çözeltinin vizkozite değeri 521,99±3,39 cP iken zerdeçal ekstraktlı çözeltinin ise 456,83±5,39 cP olduğu tespit edilerek zerdeçal ekstraktlı çözeltinin vizkozitesinin daha düşük olduğu tespit edilmiş ve SEM görüntülerinde liflerin daha iyi çekim kabiliyetinin sağlandığı görülmüştür. Bulgulara göre PAS proteinleri ve PEO'dan elde edilen zerdeçal ekstraktı ile katkılandırılmış nanofiber film malzemeler hedef meyvelerin kaplanması ve korunmasında başarıyla uygulanabilecek fonksiyonel ürünler olarak değerlendirilmişlerdir.
Aktif karbon katkılı nanoliflerin adsorpsiyon özelliklerinin incelenmesi
Pek çok alanda olduğu gibi çevresel uygulamalarda da nanolifler artan bir ilgi görmektedir. Boyutlarından kaynaklanan benzersiz özellikleri sayesinde zaman içinde filtreleme, ayırma, sensör uygulamaları ve adsorpsiyon gibi alanlar için vazgeçilmez ürünlerin tasarlanmasını ve oluşturulmasını sağlarlar. Bu alanların en önemlilerinden biri olan adsorpsiyon, adsorbatların sıvı/gaz ortamında katı bir adsorban üzerine birikmesi olarak tanımlanmaktadır. Adsorban, sıvı/gaz ortamında çözünmüş bileşikleri adsorbe eden katı bir malzemedir. Adsorbanların atıksu arıtımı açısından önemi, adsorbanların kirletici uzaklaştırma etkinliği ile ilgilidir. Performansları yüzey alanına, morfolojiye ve kimyasal yapıya bağlıdır. Bu özellikler nanoliflerde ve aktif karbonda bir araya geldiğinden, bu çalışmada sulu ortamdan metilen mavisi uzaklaştırmak için aktif karbon katkılı nanoliflerden faydalanılmıştır. Bu amaçla önce insan saçından sülfirik asitli kimyasal aktivasyon ve karbonizasyon işlemleri ile aktif karbon üretimi gerçekleştirilmiştir. Aktif karbon karakterize edilmiş ve mikrogözenekli yapıya sahip, 561 m2/g BET yüzey alanı olan, %6,5 kül miktarı içeren aktif karbon elde edilmiştir. Sentezlenen bu aktif karbon ipek fibroini elektrolif çekim çözeltisi içerisine %1, %5 ve %10 oranlarında eklenmiştir. %10 aktif karbon katkısı ile lif çekimi yapılamamış olup, %1 ve %5 aktif karbon katkılı çözeltiler ile düzgün nanolifler üretilebilmiştir. Nanolif çapları ve yüzey alanları sırasıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri üzerinden ve BET yüzey alan ölçüm cihazı ile belirlenmiştir. Aktif karbon içermeyen, %1 ve %5 oranında aktif karbon içeren nanoliflerin ortalama çapları sırasıyla 263±68 nm, 276± 69 nm ve 283±75 nm olarak hesaplanmıştır. BET yüzey alanları aynı sıra ile 35,43 m2/g, 42,38 m2/g ve 43,58 m2/g olarak bulunmuştur. Verilere göre nanolifli yüzeylerin adsorpsiyon işlemi için iyi özelliklere sahip oldukları bulunmuştur. İki farklı pH (pH 5 ve pH 12), iki farklı sıcaklık (30 ve 50 ℃), üç farklı süre (2, 6, 10 dk) ve üç farklı adsorban miktarı (5, 10, 15 mg) değiştirilerek gerçekleştirilen batch adsorpsiyon testinde ultrasonik banyo desteğinden faydalanılmıştır. Test sonuçlarına göre, nanolifli yüzeylerden en iyi performansı %5 oranında aktif karbon içeren nanolif sergilemektedir. Değişen parametrelere göre %23,7 ile %88,9 oranında metilen mavisi uzaklaştırma kabiliyetine sahip olan bu nanolifli yüzey en yüksek metilen mavisi uzaklaştırma oranına 15 mg adsorban, pH 12 ve 50 ℃ sıcaklıkta 10 dk süren işlem ile ulaşıldığı gözlenmiştir. Elde edilen tüm sonuçlara göre, sentezlenen aktif karbon katkılı nanolifli yüzeyler tekstil atık sularından metilen mavisi uzaklaştırma potansiyeline sahiptir.
Elektroeğirme tekniği ile yeşil nanoteknoloji temelli nanofiberlerin üretimi ve tıbbi uygulama alanlarının incelenmesi
Çoğu hastalığın tedavisinde bitkilerin kullanımı eski çağlardan beri araştırılmakta ve uygulanmaktadır. Günümüzde kullanılan yüzlerce ilacın temelinde bitki özütleri yer almaktadır. Ancak, bu ekstraktların medikal alanda farklı formlarda kullanılması ile ilgili fazla çalışma bulunmamaktadır. Pek çok bitki mikroorganizmalar için toksik etkisi olan kendisine özgü biyoaktif bileşenler içermektedir. Bitkilerin sahip oldukları fenol bileşikleri, alkaloidler ve terpenoidler gibi çeşitli fitokimyasalların antimikrobiyal özellikleri sayesinde nanoteknoloji alanında kendilerine yer edinmişlerdir. Elektroeğirme ile nanofiber üretiminde bitkilerin kullanılması yeni gelişen bir alandır. Bu yöntemle bitkilerin daha stabil bir yapıya katılması sağlanarak daha fazla etki kazanıldığı görülmüştür. Nanofiberlerin diğer tüm nanomalzemeler gibi yüksek yüzey alanı/hacim oranına, poroziteye, elastisiteye ve mekanik dayanıma sahip olması ve işlenebilirliği gibi özellikleri nanotıp alanında doku mühendisliği ve ilaç taşıma sistemleri için uygun bir malzeme olmasına yol açmaktadır. Sunulan doktora tezinde, antimikrobiyal ve antiinflamatuvar etki gösteren ve bu konuda fazla çalışması olmayan bitki özütlerinin nanofiber yapısındaki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla farklı derişimlerdeki soğan ekstraktları elektroeğirme yöntemi ile nanofiber haline getirilmiştir. Üretilen nanofiberlerin karakterizasyon (FTIR, EDX ve SEM) testleri yapılmış ve bunların sonucuna göre en iyi nanofiber davranışı gösteren üç derişim (1:50, 1:25 ve 1:12.5) seçilmiştir. SEM analizlerinde soğan ekstraktı derişimi arttıkça fiber çaplarının küçüldüğü (ort. 694,24 nm, 529,23 nm, 525,38 nm, 422,4 nm ve 377,7 nm) ve fiber morfolojisinin bozulduğu görülmüştür. Seçilen derişimlerdeki soğan ekstraktı örneklerine antibakteriyel etkileri bilinen bitkisel malzemelerden olan Baicalein ve propolis eklenmiş ve nanofiber üretimi yapılmıştır. Ayrıca bitki ekstraktında AgNP çöktürülmesi sağlanarak, AgNP içeren nanofiberler de üretilmiştir. Elektroeğirme ile üretilen soğan ekstraktı ve Baicalein, propolis, AgNP içeren nanofiberlerin FTIR, EDX ve SEM testleri yapılmıştır. Üretilen AgNP nanofiberlerinde soğan ekstrakt derişimi arttıkça yapıda yassılaşma görülmüş ve fiber çaplarında artış meydana gelmiştir (ort. 315,37 nm, 389,01 nm ve 481,92 nm). Baicalein içeren nanofiberlerde ise soğan ekstrakt derişimi arttıkça ortalama fiber çaplarında düşüş meydana gelmiştir (ort. 611,25 nm, 583,57 nm ve 476,47 nm). Propolis içeren nanofiberlerde de benzer şekilde gittikçe nanofiber çapında azalma görülmüştür (ort. 1179,01 nm, 731,87 nm ve 729,03 nm). Üretilen tüm nanofiberlerin VRE ve MRSA'ya karşı antibakteriyel testleri de gerçekleştirilmiştir. Soğan ekstrakt örneklerinde en yüksek derişimde (1:5) %100lük bir canlılık kaybı görülmüştür. AgNP, Baicalein ve propolis örneklerinde ise soğan ekstrakt derişimi arttıkça canlılıkta belirgin düşüşler gözlenmiştir. AgNP içeren nanofiber örneklerinde soğan ekstrakt derişimi max. iken VRE için %97,33 ve MRSA için %95,17 oranlarında bakteri giderimi sağlanmıştır. Baicalein içeren nanofiber örneklerinde ise soğan ekstrakt derişimi max. iken VRE için %98,50 ve MRSA için %99,67, propolis örneklerinde ise VRE için %70,83 ve MRSA için %71,83 oranlarında canlılık kaybı görülmüştür. Dolayısıyla soğan ekstraktının nanofiber formunda ilk defa antibakteriyel analizleri gerçekleştirilerek başarılı sonuçlar elde edilmiş olup Baicalein, propolis ve AgNP gibi malzemelerin de mevcut antibakteriyel etkisini arttırdığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, özellikle medikal alanda, soğan ekstraktının tek başına veya bitkisel malzemeler ile birlikte yara örtüsü veya greft gibi nanofiber formunda kullanılabileceğini göstermiştir. Yapılan bu tez çalışması ile yeşil nanoteknoloji üretim yöntemleri ve bitkisel malzemelerin nanoteknolojide kullanımı konularında literatüre katkı sağlanacağı düşünülmektedir. Bu çalışma YÖK'ün 100/2000 Doktora Burs Programı tarafından desteklenmiştir.
Bakteriyel keratit tedavisine yönelik besifloksasin yüklü oküler insertlerin elektro-eğirme yöntemi ile geliştirilmesi ve değerlendirilmesi
Bakteriyel keratit, gözde farklı patojenlerin neden olduğu inflamasyon ile karakterize, tedavinin gerçekleşmediği durumlarda ise ciddi görme kayıplarına ve hatta körlüğe neden olabilen bir hastalıktır. Bu tez çalışmasında besifloksasin HCl (BH) içeren nanolif yapıda insert formülasyon grupları bakteriyel keratit tedavisi için oküler ilaç taşıyıcı sistem olarak in vitro, ex vivo ve in vivo olarak değerlendirilmiştir. BH içeren insert formülasyonları Poli (kaprolakton) / polietilen glikol (PKL/PEG) polimeri kullanılarak elektro-eğirme yöntemiyle hazırlanmıştır. Formülasyonlara mukoadezif özellik kazandırılması amacıyla insertler sodyum aljinat (SA) veya tiyollenmiş sodyum aljinat (TSA) ile kaplanmıştır. Siklodekstrin (Cyc)'lerin oküler penetrasyon artırıcı özelliklerinden faydalanmak amacı ile bir grup formülasyonda BH yerine BH-Cyc kompleksi kullanılmıştır. In vitro ilaç salım çalışmalarında, nanolif yapıda insertlerin ilk iki gün içinde bir patlama salımı ve ardından yavaş bir salım profili gösterdiği tespit edilmiştir. İnsert yüzeylerinin SA ve TSA ile kaplanmasıyla formülasyonların biyoadezyon özelliklerinin arttığı belirlenmiştir. Ex vivo ilaç permeasyon çalışmalarında, geliştirilen formülasyonlar arasında BH-Cyc kompleksi içeren formülasyonun en yüksek ilaç geçişine sahip olduğu tespit edilmiştir. In vivo çalışmalardan elde edilen veriler Yeni Zelanda albino tavşan gözlerinde oluşturulmuş bakteriyal keratit modelinde, hem TSA kaplı insertlerin hem de BH-Cyc kompleksi içeren insertlerin tek doz uygulama sonrasında bile çoklu doz uygulaması yapılan ticari göz damlası (Besivance®)'na benzer şekilde bakteriyal keratiti etkili bir şekilde tedavi edebildiğini göstermiştir.
Centella asıatıca bitki özütü ile kaplı gümüş nanopartikül içeren polimer liflerin yara iyileştirici etkisinin ın vıtro ve ın vıvo araştırılması
Bu çalışmada, Centella asiatica'nın (CA) terapötik bitki ekstraktını kullanarak gümüş iyonlarından fonksiyonel gümüş nanopartikülleri (AgNPs) sentezledik. CA fonksiyonel grupları ile kaplı AgNP'ler (CA-AgNPs) oluşumu, yaklaşık 420 nm dalga boyunda karakteristik yüzey plazmon rezonans (SPR) pikleri ile kanıtlanmıştır. CA-AgNP'lerin ortalama zeta boyutu ve zeta potansiyeli, sırasıyla 29,5 nm ve -24,5 mV olarak bulunmuştur. Elde edilen nanopartiküllerin negatif yüzey yüküne sahip olduğu belirlenmiş ve sonuçlar CA-AgNP'lerin kararlı olduğunu göstermiştir. CA-AgNP'lerin fonksiyonel grup analizi, fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile araştırılmış ve gümüş iyonlarının AgNP'lere indirgenmesinde karboksilat ve hidroksil gruplarının rol oynadığı belirlenmiştir. Ayrıca CA-AgNP'lerin, geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) incelemeleri ile nano boyutlu ve küresel olduğu gösterilmiştir. CA ekstraktı ve CA-AgNP'lerin termal özellikleri, termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) ile incelenmiş, CA-AgNP'lerin nano boyutlu metalik gümüş içerdiği literatürde ilk kez TGA yöntemi ile fiziksel olarak kanıtlanmıştır. Sentezlenen CA-AgNP'lerin hem gram pozitif Staphylococcus aureus hem de gram negatif Escherichia coli üzerinde antibakteriyel aktiviteye sahip olduğu gözlenmiştir. CA ve farklı derişimlerdeki CA-AgNPs örneklerinin L929 fibroblast üzerindeki sitotoksisite etkileri MTT testi ile araştırılmış, 1mM'ın üzerindeki derişimlerde CA-AgNP'lerin sitotoksik etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Elektroeğirme yöntemi ile hibrit nanofiber örtü eldesinde; öncesinde PCL ve PEO'in uygun çözücüler ile farklı derişimlerde çözeltileri hazırlanmıştır. PCL için kloroform/metanol (7/3,v/v) karışımı, PEO için ise saf su çözücü sistemi olarak kullanılmıştır. %3,5'luk PEO ve %12'lik PCL çözeltileri ile optimum elektroeğirme koşullarında boncuksuz, pürüzsüz, uzun ve düzgün fiberler elde edilmiş, PEO ve PCL'in ortalama fiber çapları sırasıyla 177±21 nm ve 412±93 nm olarak belirlenmiştir. pH 7,4'e ayarlanmış 1mM CA-AgNPs çözeltisinden % 1, %5 ve %10 (v/v) CA-AgNPs içeren PEO (%3,5) çözeltileri hazırlanmış ve optimum elektroeğirme parametrelerinde boncuksuz ve sürekli nanofiberler (90 nm-160 nm) sentezlenmiştir. Hazırlanan CA-AgNPs-PEO ve PCL çözeltilerinin optimum elektroeğirme parametrelerinde, karşılıklı olarak eğrilmesiyle elde edilen hibrit nanofiberler FE-SEM, SEM-EDS, FT-IR, XRD, XRF, TGA, DSC, BET yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Ayrıca sentezlenen nanofiberlerin mekanik özellikleri, hava geçirgenliği, su tutma kapasitesi, su temas açısı, in vitro degredasyonu, in vitro Ag salımı davranışları araştırılmıştır. Yapılan antimikrobiyal çalışmalarla %5 ve %10 CA-AgNPs içeren PEO/PCL nanofiberlerin S. aureus, E. coli ve C. albicans türlerine karşı etkili olduğu görülmüştür. Nanofiberlerin MTT testi ile sitotoksik özellikleri araştırılmış ve bütün konsantrasyonlarda hücre canlılığının %70'in üzerinde olduğu belirlenmiştir. Yara örtüsü olarak tercih edilen %10 CA-AgNPs-PEO/PCL nanofiberlerin in vitro çalışmalarla hücre tutunması, apoptotik-nekrotik, hemolitik ve genotoksik etkileri araştırılmıştır. %10 CA-AgNPs-PEO/PCL nanofiber örtünün in vivo deneylerle deri irritasyon, deri sensitizasyon ve yanık yarasını iyileştirme etkilerinin değerlendirildiği çalışmalarda; deri irritasyonu için sağlıklı genç yetişkin albino tavşanlar, deri sensitizasyon için sağlıklı genç yetişkin albino kobaylar (Guinea pig) ve yanık yarası için Sprague-Dawley cinsi sıçanlar kullanılmıştır. Ayrıca, sıçanların yara bölgelerinden alınan doku örnekleri üzerinde histolojik değerlendirmeler yapılmış, böylece nanofiber yara örtüsünün uygulandığı yüzeyin epitelizasyon üzerindeki etkisi de incelenmiştir.
Farklı nanopartiküler sistemler ve polimerik nanofiberler ile hazırlanan kombinasyon ürünlerinin geliştirilmesi
Bu tez çalışmasında, yara iyileşmesinde kullanılmak üzere modüler yapı gösteren, hastaya ve yaraya göre birlikte sunulabilecek kombine sistemler hazırlanmıştır. Bu amaçla, tabaka tabaka kaplama yöntemi kullanılarak melatonin yüklü çok katlı nanopartiküller, elektro-çekim yöntemi ile nanofiberler hazırlanmıştır. Hazırlanan nanofiberler fibronektinin 9'uncu ve 10'unci Tip III tekrarından oluşan FNIII9*10 rekombinant peptit dizisi ile modifiye edilerek işlevselleştirilmiştir. Çok katlı nanopartiküllerin FNIII9*10 ile işlevselleştirilen nanofiberler ile birleştirilmesi ile kombine yara bakım ürünleri hazırlanmıştır. Tabaka tabaka kaplama yöntemi ile iki farklı yöntem kullanılarak ve üç farklı çekirdek malzeme ile çalışılarak çok katlı nanopartiküller hazırlanmıştır. Bu amaçla gümüş nanopartiküller ve poli(laktik asit-ko-glikolik asit) (PLGA) nanopartiküller ile çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Melatonin'in hem çekirdeğe hem de tabakalara yüklenmesi çalışmaları ayrı ayrı denenmiştir. En yüksek melatonin enkapsülasyonu %11.44 oranı ile PLGAMEL1 kodlu nanopartiküller ile elde edilmiş ve kitozan ile kaplanmıştır. Önerilen kitozan kaplı melatonin yüklü PLGA çok katlı nanopartiküllerinin (PLGAMEL1/CHI) 0.15 partikül büyüklüğü dağılımına ve 280 nm partikül boyutu büyüklüğüne sahip küresel yapılar olduğu, fosfat tamponu içerisinde +56 mV zeta potansiyel değeri gösterdikleri tespit edilmiştir. In vitro salım çalışmaları bu sistemden melatoninin 3 saatte tamamen salındığını göstermiştir. Elektro-çekim yöntemi ile polietilenoksit (PEO), polivinil alkol (PVA) ve polikaprolakton (PCL) polimerleri ile nanofiberler elde edilmiştir. PCL nanofiberleri FNIII9*10 rekombinant peptidi ile modifiye edilerek işlevselleştirilmiştir ve protein miktar tayini çalışmaları ile %53.9 oranında peptidin PCL nanofiberlere tutunduğu tespit edilmiştir. Melatonin yüklü PCL nanofiberleri hazırlanmış ve bu formülasyon ile 5 günlük in vitro salım çalışması gerçekleştirilmiştir. 4°C, 25°C %60 nem ve 40°C %75 nem koşullarında 2 ay boyunca etkin madde miktarnda bir değişiklik gözlenmeyen melatonin yüklü PCL nanofiberlerin, melatonin yüklü PLGA nanopartiküllere göre melatonini daha yavaş saldığı tespit edilmiştir. Sonuç formülasyon olarak, FNIII9*10 peptidi ile işlevseleştirilmiş PCL nanofiberleri üzerine kitozan kaplı ve melatonin yüklü PLGA nanopartikülleri eklenerek liyofilizasyon işlemi sonucu kombine yara örtüsü elde edilmiştir. Melatonin yüklü PCL nanofiberleri ve FNIII9*10 ile işlevselleştirilmiş PCL nanofiberleri de son formülasyonlar olarak değerlendirilmiş, bu üç formülasyon ile hücre kültüründe etkinlik çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Hücre kültürü çalışmaları ile MRC-5 insan akciğer fibrolastlarında melatonin'in proliferatif etki gösteren dozunun 125 µM'dan başladığı tespit edilmiştir. Buna göre 250 µM melatonin içeren formülasyonlar hazırlanarak insan deri fibroblast BJ hücre hattı ve insan immortalize keratinosit HACAT hücre hattında biyouyumluluk çalışması gerçekleştirilmiş ve önerilen formülasyonların bu hücre hatlarında herhangi sitotoksik bir etki göstermediği ve proliferasyonu kontrole göre artırdığı tespit edilmiştir. Hücrelerin nanofiberlere adezyonu floresan mikroskobu ve SEM ile alınan görüntüler ile gösterilmiştir. 2-kuyucuklu silikon insertler kullanılarak hücre kültüründe yara kapama deneyi hücre kültürü plakaları üzerinde formülasyonlarda kullanılan FNIII9*10, melatonin ve bu iki maddenin bileşiminin çözeltileri ile gerçekleştirilmiştir. 24 saatlik çalışma sonucunda sadece FNIII9*10 ve FNIII9*10 ve melatonin uygulanan hücrelerde oluşturulan yara modelinin tamamen kapandığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, ESM'yi, hem fiziksel olarak hem de içeriğindeki maddeler ile biyokimyasal olarak taklit eden kombine yara bakım ürünleri başarılı bir şekilde hazırlanmış ve yapılan in vitro hücre kültürü çalışmaları ile etkinlikleri gösterilmiştir.
Nanoselüloz yağ asidi esterleri üretimi ve metal bağlama özellikleri
Bu tez çalışmasında, bitkisel kaynaklardan (buğday kepeği, mısır koçanı, ayçiçek tablası) mikro-akışkan tekniğiyle nanolifler elde edilip, farklı yağ asitleri ile farklı derecelerde esterleştirilmesi optimize edildi. Elde edilen nanolif-yağ asidi esterlerinin karakterizasyon analizleri yapıldıktan sonra, mısır koçanı nanolifi-yağ asidi esterlerinin metal bağlama (Na+2, Mg+2, Ca+2 Cr+3, Ni+2, Cu+2, Zn+2, Cd+2 ve Pb+2) özellikleri incelendi. Çalışmanın ilk aşamasında, selüloz içeriği yüksek ham maddeler NaOH ile işlenerek koloit değirmen ve mikro-akışkanlaştırıcıdan geçirildi ve nanoselüloz lifleri elde edildi. Daha sonra bu nanolifler, 80°C sıcaklıkta farklı asit klorür molar oranları (3–15 mol) ve sürelerde (30–360 dakika) esterleştirildi. Analizler, esterleşme işleminin başarılı olduğunu ve esterleşme derecesi arttıkça türevlerin termal stabilitesinin azaldığını gösterdi. Ayrıca, ortamda bulunan metalin moleküler ağırlığı arttıkça nanolif ve türevlerine bağlanan miktarın arttığı, esterleşme derecesi arttıkça bağlanan metal miktarının azaldığı belirlendi. Kaproik asit esterlerinin en fazla metal bağladığı, stearik asit esterlerinin ise en az metal bağladığı gözlemlendi.
Metilkobalamin ve takrolimus içeren Polikaprolakton (PCL) nanofiberlerin periferik sinir rejenerasyonuna etkilerinin karşılaştırılması
Periferik sinir yaralanmaları sık görülen; etkilenen hasta grubunda, duyusal ve motor fonksiyonlarda kayba neden olabilen bir durumdur. Kusursuz yapılan cerrahiler sonrasında bile motor ve duyusal fonksiyonlarda tatmin edici sonuçlara ulaşılamayabilir. Periferik sinir yaralanmalarının tam olarak iyileşmemesi genellikle etkilenen uzuvlarda uyuşma, kronik ağrı , duyusal ve/veya motor fonksiyonlarda azalma gibi birçok olumsuz sonuca yol açmakta ve bu nedenlerle periferik sinir yaralanmaları dünya çapında bir klinik sorun teşkil etmektedir. Tam anlamıyla başarılı olarak uygulanabilecek farmakolojik ajanın bulunması için güncel araştırmalar bu yöne doğru evrilmiştir. Bu araştırmalardan bir tanesi de nanoteknoloji ve bu yöntemle üretilen nanomateryallerdir. Çalışmamızda periferik sinir rejenerasyonuna farklı mekanizmalar üzerinden katkı yapan metilkobalamin ve takrolimus içeren nanofiber sinir sargılarının etkilerinin karşılaştırılaştırılması amaçlanmıştır. Her grupta 8'er adet sıçan olacak şekilde 6 grup oluşturularak işlemler gerçekleştirildi. Tüm gruplarda anestezi altında sıçanların sol siyatik siniri dorsal yaklaşım ile eksplore edildi ve Grup 1 hariç diğer tüm gruplarda sol siyatik trifurkasyonunun 1 cm proximalinde mikroskop altında mikromakas ile tam kat düz kesi yapıldı. Kesi sonrası aynı seansta siyatik sinir 9/0 nylon dikişler ile epinöral onarım yapılarak koaptasyon sağlandı. Grup 2 için sadece epinöral onarım yapıldı. Grup 3 için epinöral onarım hattı etrafına elektro-eğirme yöntemi ile üretilen PCL sinir sargısı sarıldı. Grup 4 için epinöral onarım hattı etrafına içerisinde Metilkobalamin bulunan, Grup 5 için Takrolimus bulunduran, Grup 6 için hem Metilkobalamin hem de Takrolimus bulunduran PCL nanofiber sinir sargıları sarıldı. Sıçanlar 8 hafta süre ile takip edildi. Sıçanlar sakrifiye edilmeden önce fonksiyonel değerlendirme için yürüme testi ve elektrofizyolojik değerlendirmeler yapıldı. Sakrifikasyon anestezi altında gerçekleştirildikten sonra sol siyatik sinirden örnek alınarak histopatolojik inceleme yapıldı. Bilateral gastroknemius kasları origo-insersiyolarından ayrılarak hassas laboratuvar terazisi ağırlıkları ölçüldü ve gastroknemius kas ağırlık indeksi hesaplandı. 8. hafta sonunda yapılan değerlendirmelerde siyatik sinirde tam kat kesi yapılarak cerrahi işlem uygulanan gruplar arasında en iyi SFI değeri Grup 4'te bulundu. Siyatik sinirde tam kat kesi yapılarak cerrahi işlem uygulanan gruplar arasında sham grubuna en yakın, en iyi gastroknemius kas ağırlık indeksi değerleri Grup 4 ve 5 'te bulundu. Grup 4 ve 5 arasında istatiksel olarak anlamlı fark saptanmadı (p=0.600). Grup 1'den Grup 6'ya sırasıyla ortalama latans süreleri; 1,42±0,13 , 2,15±0,47 , 1,83±0,22 ,1,63±0,22 , 1,74±0,25 , 1,82±0,16 ms olarak bulundu. Grup 1'den Grup 6'ya sırasıyla ortalama amplitüd değerleri; 11,91±2,30 , 3,59±0,76 , 4,86±3,71 , 9,27±2,41 , 7,75±2,51 , 5,62±3,37 mV olarak bulundu. Histopatolojik değerlendirmede ortalama fibrozis değeri Grup 5'te en düşük olarak bulundu. İnflamasyona bakıldığında Grup 5 ve 6'da diğer gruplara göre daha az inflamasyon görüldü. Grup 4 ve 5'te aksonal dejenerasyon derecesi %50'den fazla olan sıçan görülmedi. Ortalama vaskülarizasyon değerinin en yüksek Grup 3'te olduğu ve Grup 4,5 ve 6'nın da benzer vaskülarizasyon değerlerine sahip olduğu görüldü. Gruplar mm2 'deki aksonal yoğunluk açısından karşılaştırıldığında en fazla ortalama akson sayısının Grup 5'te olduğu görüldü. Fasiküler organizasyon bozukluğunun siyatik sinire tam kat kesi yapılarak cerrahi işlem uygulanan gruplar arasında en az Grup 4'te olduğu görüldü. Grup 4'te %50 fazla fasiküler organizasyon bozukluğu bulunan sıçan görülmedi. Sonuç olarak hem metilkobalamin hem takrolimus içeren nanofiber sinir sargılarının ayrı ayrı kullanıldığında fonksiyonel ve histopatolojik olarak sinir rejenerasyonuna olumlu katkıda bulunduğu görüldü. İki ajan fonksiyonel ve histopatolojik olarak karşılaştırıldığında sinir rejenerasyonu açısından birbirlerine belirgin üstünlüğü olmadığı görüldü. Metilkobalamin ve takrolimusun birlikte kullanımının sinir rejenerasyonu üzerinde sinerjistik bir etki yaratmadığı ve sinir iyileşmesi için olumlu katkıları bulunmasına karşın istatistiksel olarak anlamlı fark oluşturmadığı gözlemlendi.
Aselüler matriks, nanofiber polilaktik asit ve aselüler matriks içeren nanofiber polilaktik asitin silikonlarda kapsül kontraktürü üzerine etkisi ve bu etkilerin karşılaştırılması
GİRİŞ: Estetik meme büyütme ve implant bazlı meme rekonstrüksiyonunun gün geçtikçe yaygınlaşması bu operasyonların getirdiği komplikasyonları yönetme zorunluluğunu da beraberinde getirmiştir. İmplant etrafında oluşan kapsül yapısının patolojik bir şekilde kontrakte olması ağrı, şekil bozukluğu ile kendini gösterebilir ve tekrar operasyon endikasyonu yaratabilir. Kapsül kontraktürünün azaltmak için biyolojik meshler yaygın olarak kullanılmaktadır. AMAÇ: Giderek yaygınlaşan biyolojik mesh kullanımında dermal komponentli aselüler matrikslerin maliyeti fazla olduğu için dermal komponentten üretilmeyen aselüler matriksler maliyet etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Biz de çalışmamızda koyun mide submukozasından üretilen aselüler dermal matriks olan Endoformun etkinliğini çalışmak bu etkinliği sentetik mesh olan polilaktik asit (PLA) ile karşılaştırmayı amaçladık. GEREÇ VE YÖNTEM: Her grupta 7 rat olacak şekilde 4 grup 28 rat üzerinde çalışma yapıldı. Ratların dorsal bölgelerine kas altı silikonlar yerleştirildi. 1. grupta sadece silikon, 2. grupta PLA ile sarılı silikon, 3. grupta aselüler matriks ile sarılı silikon ve 4. Grupta ise aselüler matriks yüklü PLA ile sarılı silikon kullanıldı. Operasyon sonrası ratlar 8 hafta boyunca eşit ve optimal şartlar altında takip edildikten sonra tekrar operasyona alınıp cilt, kapsül ve silikon enblok şekilde eksize edilerek histopatolojik incelemeye gönderildi. BULGULAR: Grup 2'de Grup 1'e göre istatistiksel olarak daha yüksek oranda orta-belirgin derece fibrozis olduğu belirlendi (p=0,015). Grup 1 ve Grup 3 arasında inflamasyon, granülasyon dokusu, anjiogenez, fibrozis ve yabancı cisim reaksiyonu sonuçlarının dağılımında istatistiksel olarak anlamlı düzeyde fark belirlenmedi (p>0,05). Grup 2'de Grup 3'e göre granülasyon dokusu daha yüksek oranda tespit edildi (p=0,029). Grup 2'de Grup 3'e göre istatistiki olarak anlamlı düzeyde daha yüksek oranda orta-belirgin derece fibrozis, orta-belirgin derece yabancı cisim reaksiyonu olduğu belirlendi (p=0,005). Grup 1 ratlarda kapsül kalınlığının Grup 3 ve Grup 4 ratlardaki sonuçlara göre istatistiksel olarak anlamlı düzeyde düşük olduğu belirlendi (p=0,006). Grup 3 ratlarda kapsül kalınlığının Grup 4 ratlardaki sonuçlara göre istatistiksel olarak anlamlı düzeyde düşük olduğu belirlendi (p=0,042). SONUÇ: PLA'nın fibrozisi arttırdığı, aselüler matriksin kapsül kalınlığını arttırdığı ve PLA'nın aselüler matrikse göre fibrozis, granülasyon dokusu ve yabancı cisim reaksiyonunu arttırdığını gördük. Aselüler matriksin, yara iyileşmesine anjiogenezi arttırarak inflamasyon oranını ve granülasyon dokusunu düşürerek etkili olabileceğini fakat yabancı cisim reaksiyonunu ve fibrozisi azaltmadığı için kapsül üzerine etkili olmadığı kanaatindeyiz.
Kitosan nanolifleri üzerine β-galaktosidaz immobilizasyonu
Enzymes are biocatalysts which offer a wide variety of specific functions. Large amounts of enzymes are used in native forms at industrial scale. Use of free enzyme means one-time application with no chance of recovery and reusability. Additionally free enzymes show low stability in harsh processing environments. They are sensitive to changing processing conditions such as pH and temperature change. Immobilized enzymes serves some opportunities for recovery and multiple use of enzymes providing higher stability and selectivity. Enzyme immobilization is defined as the attachment of a free enzyme on a carrier (supporting) surface which restricts or prevents the mobility of the enzyme. Immobilization technique was started to be used in 1916. The studies showed that immobilization facilitates higher stability in challenging processing conditions. In the following years, the performance of immobilized enzyme was studied to improve it. It was discovered that performance of the immobilized enzyme is highly dependent on the surface characteristics and binding methods. Afterwards, novel carrier materials and methods were studied. Inorganic or organic, hydrophilic or hydrophobic, porous or nonporous features of the carrier has altered the interaction of the enzyme with the surface. It affected the activity and the stability of the immobilized enzyme. With development of nanofibers it was found that nanomaterials has a promising potential as carrier surfaces due to their high surface area. The change of some biological and chemical characters in nanoscale compared to the macro or micro scales, pointed out that nanomaterials nano-materials can be utilized in broad range of applications. Nanotechnology involves production of materials, devices or a system in the range of 1 to 100 nm. Nanosheets, nanoparticles, nanotubes, nanofibers are examples of nanostructures. Among these, nanofibers has attracted the most attention due to their high surface to volume ratio, simple and cost-effective production, easily modifiable surface properties. The most preferred method is electrospinning for production of nanofibers. Electrospinning system consists of a high voltage power supply, pump, syringe and a collector plate. The polymer is dissolved in a suitable solvent and located on the pump in a syringe. The power supply gives a charge to the system which creates an electrical field between the capillary of the syringe and the collector plate. With the pump the solution is fed with a definite rate to the electrical field and collected on the collector plate. In this study nanofibers were fabricated using electrospinning, which is a simple and cost effective technique. The polymer was preferred as chitosan which is a non-toxic, biocompatible, biofunctional material. Since the type of solvent changes the solubility of polymer hence structure of the nanofiber, acetic acid, trifluoroacetic acid (TFA) and dicloromethane (DCM) were studied. The best solubility was observed for the solution of TFA and DCM. A solution of TFA and DCM was prepared in the ratio of 70:30. Chitosan was dissolved in TFA-DCM solution at 3% concentration. Chitosan nanofibers were fabricated at 25 kV with feed rate of 0.4 ml/h. Distance of the plate from needle was changed between 10 and 15 cm. β-galactosidase was preferred for immobilization, since it is one of the mostly used enzymes in food industry. It is used for degradation of lactose into glucose and galactose. Unlike chitosan, chitosan nanofibers are water soluble. Because of that, chitosan nanofibers reqiure to be functionalized to become insoluble and active by a coupling agent. Glutaraldehyde (GA) was used as functionalizing agent at concentration of 4%. Chitosan nanofibers were treated in GA and with GA vapor. After functionalization, chitosan nanofibers were incubated in enzyme solutions with different enzyme concentrations. The enzyme immobilization efficiency, reusability and thermal stability were measured by simply measuring the activity of enzyme solutions by use of a spectrophotometer. Assays were conducted by comparing the activities of free and immobilized β-galactosidase. The activity was determined by use of a substrate o-Nitrophenyl ß- D – Galactopyranoside (ONPG) which gives a colorful product after hydrolzed by β-galactosidase. A successful enzyme loading efficiency was obtained up to 69±20%. The immobilized and the free β-galactosidase showed highest activity at 50 °C. The activities at 50 °C were considered as 100% activity to observe the percental change in activity clearly. The activities of the immobilized and free enzyme decreased when the temperature was increased up to 90°C. At 70°C the activity of the free enzyme decreased sharply to 31±0.01% as the activity of the immobilized enzyme was lowered to 73.5±0.1%. After 10 cycles of use of immobilized β-Galactosidase at 40°C, 68±26% of the enzyme activity was retained. These results was found to be promising when compared with the data from literature. The reusability of chitosan nanofibers can be improved by production of magnetic chitosan nanofibers in further studies. It should be taken into consideration that nanomaterials have different chemical and physical characteristics compared to their macro and micro size. The results of intake of nanofibers into the body is not known for certain. For use of nanofibers in food applications, toxicological studies and regulations are required.
Fabrication of polymer-bioactive glass nanocomposite materials in bone tissue engineering applications
The main driving idea of the study was to produce nano-scaled bioactive glass/polymer composite scaffolds with the inclusion of relevant ions in order to develop multifunctional scaffolds for bone tissue engineering. The originality of the study was related to the integration of several functions in a single advanced scaffold composite system based on specific compositions of bioactive glasses, providing a platform for the delivery of therapeutic ions, and biodegradable polymers as the backbone material. This new material was aimed to have the capacity, through engineered nanoparticles and tailored kinetic release of specific ions, to stimulate early angiogenesis and provide an ideal scaffold for cell recruitment and proliferation, thereby accelerating the bone repair process. In this context, nano-scaled materials from polymer blends (e.g., gelatin/sodium alginate and gelatin/poly(ε-caprolactone)), as well as their composites with bioactive glasses were fabricated with the use of electrospinning technique. In electrospinning technique, solutions containing blends of polymers without or with bioactive glass particles were prepared to be converted into electrospun nanofibers at the relevant conditions. For this purpose, the optimal solution parameters (i.e., concentration of each polymer solution, ratio of one polymer to another, and solvent composition) to produce polymeric scaffolds were first investigated by using Box-Behnken design technique. Secondly, the processing parameters (e.g., applied voltage, tip-to-collector distance, and feeding rate) were also optimized in order to conduct a stable electrospinning process and to have a desirable surface topography.Then, cross-linking treatment was also carried out for enhancing the surface properties of the obtained scaffolds. After that, microstructural and physical properties of the polymeric and nanocomposite scaffolds were determined by using scanning electron microscope, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectrophotometer, and differential thermal analyzer. Finally, a comprehensive in vitro simulated body fluid study was also evaluated to determine the bioactivity of the nanocomposite scaffolds. Furthermore, the release of therapeutic ions from the nanocomposite scaffolds was investigated by using inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The overall results put forth that scaffolds obtained in this study could be promising candidates for bone tissue engineering applications.
Elektrospinning yöntemi ile gümüş nanopartikül içeren PVP bazlı antibakteriyel nanolif üretimi
Nanoteknoloji, en az bir dış boyutu ya da iç veya yüzey yapısı nano-ölçekte olan metal, seramik, polimerik veya kompozit yapılarda olabilen üstün özelliklere sahip malzeme üretme olanağı sunar. Nano-ölçeğe inildikçe yüzey/hacim oranının artması, reaktivitenin, manyetik ve optik özelliklerinin değişmesi nedeniyle, nanomalzemeler aynı bileşimdeki atomik-molekül veya kütlesel maddeden farklılaşırlar. Polimerik nanolifler, sahip oldukları yüksek spesifik yüzey alanları ve gözeneklilikleri, küçük gözenek ve lif boyutları ile; ayrıca polimer zincirlerinin nanolifin uzunluk ekseni boyunca yerleşimi nedeniyle film veya kütlesel hallerine göre daha mukavemetli yapıda oldukları için ilgi çekmektedirler. Polimerik nanoliflerin üretimi çekme, kalıp sentezi, faz ayrımı, kendiliğinden düzenlenme ve elektrospinning yöntemleriyle yapılabilmektedir. Bu yöntemlerin arasında elektrospinning yöntemi; kolay kurulumu, ekonomik olması, birçok malzemeyle çalışma imkanı ve lif çapı kontrollü uzun ve sürekli nanolif üretimi sağlaması bakımından ön plana çıkmaktadır. Elektrospinning yöntemi ile elektrostatik kuvvetler yardımıyla polimer çözeltilerinden veya eriyiklerinden mikrometreden nanometre seviyesine kadar değişen çaplarda liflerin üretimi yapılabilir. Elektrospinning işleminde kapiler uca getirilen damlacığa yüksek voltaj uygulanarak damlanın sıvı jeti halinde çekilmesi sağlanır. Elektrik alan altındaki jet, çözücünün buharlaşması ile kurur ve toplayıcı üzerinde katı lifler elde edilir. Bu yöntemle elde edilen nanoliflerin yapıları ve çapları çözelti, proses ve ortam parametrelerine bağlı olarak değişebilmektedir. Bu parametrelerinin ayarlanması ile istenilen özelliklerde nanolifler elde edilebilir. Polimerik nanolifler medikal uygulamalar başta olmak üzere, filtrasyon, sensörler, tekstil ve çeşitli endüstriyel uygulamalarda potansiyel kullanıma sahiptirler. Gümüş bileşikleri ve iyonları eski zamanlardan beri hijyen ve tedavi amaçlarıyla kullanılmıştır. Antibiyotiklerin ve diğer dezenfektanların bulunmasıyla gümüş kullanımı azalsa da zamanla gelişen antimikrobiyal dirence karşı gümüş, gümüş nanopartikül formu ile tekrar önem kazanmıştır. Gümüş nanopartiküllerinin sahip oldukları geniş spektrumlu antimikrobiyal etkileri, düşük toksiklikleri, yavaş Ag+ iyonu salınımları ve çoklu mekanizma ile antimikrobiyal etkinlik göstermeleri onları, oldukça güçlü nano-antimikrobiyal ajanlar haline getirmektedir. Gümüş nanopartikülleri fiziksel, biyolojik ve kimyasal olarak gruplandırılan yöntemlerle üretilmektedir. Ag+ iyonlarının çözelti içinde çeşitli organik veya inorganik indirgeme ajanları ile indirgendiği kimyasal indirgeme yöntemi, çeşitli boyut ve şekillerde nanopartikül eldesi için en çok tercih edilen yöntemlerdendir. Mikrodalga yöntemi ise klasik ısıtma yöntemlerine kıyasla daha kısa sürede ve homojen bir ısıtma sağlayan pratik bir uygulamadır. Polimerik nanolifler çoğunlukla medikal alanlarda kullanıldığı için nanolif yapısına antimikrobiyal özellik kazandırmak oldukça önemlidir. Bu tez çalışması kapsamında biyomedikal alanlarda kullanıma yönelik olarak gümüş nanopartikül (AgNP) katılmış antibakteriyel polivinilpirolidon (PVP) nanoliflerinin üretimi amaçlanmıştır. PVP biyouyumlu, hidrofilik, su ve çeşitli çözücülerde çözünebilen ayrıca, nanopartikül üretiminde stabilizör olarak yaygın bir şekilde kullanılan sentetik bir polimerdir. AgNP üretimi, AgNO3 tuzunun stabilizatör olarak düşük molekül ağırlıklı PVP (D-PVP) içeren etanol çözeltisinde indirgenmesi ile gerçekleştirilmiştir. Çözeltideki Ag+ iyonlarının indirgenmesi için düşük PVP/etanol oranlı çözeltilere mikrodalga işlemi uygulanmış, yüksek PVP/etanol oranlı çözeltilerde ise mikrodalga işlemine gerek duyulmamıştır. AgNP oluşumu çözeltinin renk değişimi ile takip edilmiş ve UV spektrofotometre analizi ile tespit edilmiştir. Nanopartikül boyutları ve partikül boyut dağılımları DLS yöntemiyle incelenmiştir. Nanolif üretimi için farklı oranlarda yüksek molekül ağırlıklı PVP (Y-PVP)/etanol çözeltileri, AgNP içeren ve içermeyen D-PVP çözeltileri ile karıştırılmış ve elde edilen çözeltilere elektrospinning işlemi uygulanmıştır. Elde edilen nanoliflerin suda ve diğer çözücülerde çözünürlüğünün engellenmesi için nanoliflere, farklı sıcaklıklarda ısıl işlem uygulanmıştır. Nanoliflerin yapısal özellikleri SEM analizi, kristalinitesi ise XRD analizi ile test edilmiştir. Isıl işlem etkinliğini değerlendirmek için nanoliflerin deiyonize sudaki çözünürlüğüne bakılmıştır. Nanoliflerin antimikrobiyal etkinliği ise E.coli, S.aureus ve A.niger türlerine karşı zon inhibisyon testi yapılarak değerlendirilmiştir.
Isı yalıtımı uygulamaları için cam nanolif üretimi ve karakterizasyonu
Nanoteknoloji alanı; filtrasyon, ilaç salınım sistemleri ve doku mühendisliği uygulamalarında, elektronik, optik, kozmetik ve enerji gibi çeşitli endüstriyel alanlarda kullanılmak üzere nano ölçekte üstün özellik ve performansa sahip malzemelerin geliştirilmesini kapsamaktadır. Lif çapının nanometre düzeyine indirilmesi, malzemelerin yüzey/hacim oranını artırmakta ve liflerin mekanik özelliklerini geliştirmektedir.Elektrospinning yöntemi, çok çeşitli sayıda malzemeden nanolif üretimi için çok yönlü, basit ve ekonomik olarak uygulanabilir bir prosestir. Sol-jel ve elektrospinning yöntemlerinin birleştirilmesiyle düşük sıcaklıklarda, yüksek saflıkta ve homojenlikte nanolifler üretilebilmektedir. Cam yünü gibi geleneksel ısı yalıtım malzemelerine eşsiz bir alternatif olarak, cam nanolifler yüksek düzeyde ısı yalıtımı sağlamaktadır. Nanoliflerde lif tabakaları arasında havanın sıkıştırılması sayesinde, daha iyi bir ısı yalıtımı sağlanmaktadır. Silisyum, titanyum ve zirkonyum gibi inorganik malzemelerden üretilen cam seramik membranların yüksek mekanik dayanıklılık, yüksek sıcaklıklarda yüksek termal ve kimyasal kararlılık gösterdikleri bilinmektedir. Buradan yola çıkarak bu çalışmada, sol-jel ve elektrospinning yöntemleri birlikte uygulanarak ısı yalıtım malzemesi olarak kullanılabilecek SiO2-TiO2-ZrO2-CeO2 sistemindeki cam nanoliflerin üretilmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmanın ilk kısmında; nanolif morfolojisini ve çapını önemli derecede etkileyen çözelti değişkenleri olarak, polimer derişimi, sol/pol karışım oranı ve % asetik asit miktarı ile lif çapı arasındaki ilişki, üç değişkenli ve üç seviyeli Box-Behnken deney tasarımı uygulanarak belirlenmiştir. Sol-jel çözeltisi ( TEOS, TTIP, ZrOCl2.8H2O, Ce(NO3)3.6H2O, etil alkol ve asetik asit) ve polivinilpirolidon (PVP)/etil alkol çözeltileri, Box-Behnken deney tasarımıyla belirlenen optimum değişken seviyelerine göre hazırlanmış ve birbiriyle karıştırılmıştır. Hazırlanan çözeltiye elektrospinning işlemi uygulanarak cam nanolifler üretilmiştir. Yapılan ön çalışmalar ile, %65TiO2-%28SiO2-%6ZrO2-%1CeO2 sistemi iyi derecede mekanik dayanıklılık gösteren cam nanoliflerin üretimi için en uygun sol-jel bileşimi olarak belirlenmiştir. Nanoliflere 900°C'de uygulanan ısıl işlem sonrasında; SEM, FTIR ve XRD analizleri, yoğunluk ölçümü, ısı iletim katsayısı ölçümü ve yanmazlık testi uygulamalarıyla cam nanoliflerin karakterizasyonları yapılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada üretilen yüksek yoğunluk, düşük ısı iletim katsayısı ve yanmazlık gibi üstün özellikler gösteren cam nanoliflerin, ısı yalıtım malzemesi olarak endüstriyel uygulamalarda kullanıma uygun olduğu görülmüştür.
Doku mühendisliği yaklaşımları ile nazal rekonstrüksiyonda kullanılmak üzere biyopolimerik doku iskelelerinin geliştirilmesi
Burun kemiği ve kıkırdak patolojileri, sıklıkla karşılaşılan ve yaşam kalitesini olumsuz etkileyen vakalardır. Burnun fonksiyonel ve estetik olarak yeniden yapılandırılması; uygun malzemenin seçilmesi ve gerekli tasarımın uygun bir şekilde yapılmasına bağlıdır. En çok kabul gören yaklaşım olan rekonstrüksiyon çalışmalarında otolog kıkırdak tedavileri, cerrahi komplikasyonlar ile sınırlı olmaktadır. Bu gibi sınırlamalar nedeniyle alloplastik uygulamalar (Gore-Tex ®, politetra-floroetilen, [PTFE] bazlı; Lactosorb ®, yüksek yoğunluklu polietilen [HDPE] esaslı gibi)ın kullanımı artmaktadır. Bu tür sistemler otolog tedavilerde yaşanan sınırlamaları minimize ediyorsa da alloplastiklerin de, özellikle implantasyonda meydana gelebilecek komplikasydan dolayı yeni nesil tedavi rejimlerine önemle ihtiyaç duyulmaktadır. Sağlıklı nazal hücrelerle dekore edilmiş, zamanla biyolojik olarak bozunabilen, biyolojik uyumlu doku iskelerinin geliştirilmesi olarak hücre ve doku mühendisliği temelli tedavi yaklaşımlarının önemi artmaktadır. Sunulan tez kapsamında; değişik sebeplerle meydana gelen nazal olumsuzlukların giderilmesinde kullanılmak üzere nazal rekonstrüksiyon sistemlerinin biyolojik olarak bozunabilen ve biyolojik uyumlu (doğal polimerlerden; polisakkarit, protein esaslı) malzemelerden yararlanılması planlanmıştır. Bu malzemelerden bazıları; suda çözünebilenler (örneğin; aljinat, ipek proteinleri vb.) ya da organik çözücüde çözünebilen yapılar(örneğin; polihidroksialkanoat[PHA]'lar vb.) şeklinde düşünülmüştür. Doku iskelelerinin oluşturulmasında liyofilizasyon ve elektrostatik eğirme (electrospinning) teknikleri kullanılmıştır. İlk olarak suda çözünür polimerik yapılar kullanılarak önceden hazırlanan burun kalıpları uygun polimerlerle doldurularak 3 boyutlu doku iskelesinin bileşenlerinden biri olan süngerimsi tip yapı geliştirildi ve a liyofilize edildi. Mikro ve nano liflerden oluşan matrikslerin elektroeğirme tekniğiyle katmanlı yapılar halini alarak, taramalı elektron mikroskobu(SEM) sistemi ve makroskopik resimlerle morfolojik olarak analiz edildi. Hidrojel doğasına sahip yapıların kullanılması sebebiyle su alma davranışları incelendi. Anahtar Kelimeler: Biyopolimer, Doku İskeleleri, Doku Mühendisliği Yaklaşımları, Nanofiberler, Nazal Rekonstrüksiyon.
Kenevir yağı (Cannabis sativa) içeren poli (laktik asit) (PLA) esaslı nanoliflerin elektroeğirme yöntemiyle üretimi ve karakterizasyonu
Ciltte anatomik yapının veya işlevin bozulması ile sonuçlanan yaranın iyileşmesi, yara boyutuna bağlı olarak enfeksiyon ve kan kaybı gibi komplikasyonları önleyebilmek için hayati olabilmektedir. Hasar alan dokunun yapısal ve işlevsel bütünlüğünü geri kazandırmak önemli bir süreçtir. Yara iyileşmesi için hem modern hem de alternatif tıpta kullanılan birçok ürün vardır. Cannabis Sativa (CS) bitkisi de bu amaçla kullanılan en eski bitkilerdendir. CS bitkisinin başta lifleri ve tohumları olmak üzere çeşitli amaçlarla sanayi, inşaat, tekstil, gıda ve tıp alanlarında kullanılmaktadır. Tedavi edici özellikleri ve farmakolojik etki mekanizmaları sebebiyle geçmişten günümüze kadar alternatif tıpta sıkça kullanılan kenevir bitkisinin, özellikle son yıllarda tıbbi amaçlı kullanımı ve üretimi artmaktadır. Bu çalışmada, yaranın iyileşmesi için gerekli olan nemli ortamı sağlayan, yara bölgesi için antioksidan ve antienflamatuar özelliklere sahip olan kenevir tohumu yağının yara iyileşmesi üzerindeki etkisi araştırılmaktadır. PLA tabanlı yara örtüleri , biyolojik olarak parçalanabilirlikleri, etkinlikleri, kullanım kolaylıkları ve antimikrobiyal özellikleri nedeniyle umut verici bir seçenektir. Bu bilgiler doğrultusunda elektroeğirme tekniği ile CS yağı esaslı insan vücudu ile uyumlu ve biyobozunur bir polimer olan poli(laktik asit) (PLA) ve CS yağı esaslı biyokompozitler üretilmiştir. Üretilen biyokompozit yara örtülerinin karakterizasyonları yapılmış, daha sonra HUVEC hücrelerinde (İnsan Göbek Damarı Endotel Hücreleri) oluşturulan yara modeline etkisi ve antibakteriyel özellikleri incelenmiştir. Hem DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre) eğrilerinde hem de FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi) spektrumuna ait bantlarda, karakteristik değerler elde edilmiştir. SEM görüntüleri ile, yara örtüsündeki CS dağılımını ve fiber yapıları doğrulanmıştır.
Bitkisel ekstraktlı nanoliflerin elektro-eğirme yöntemi ile üretimi ve sosis kaplamada kullanımı
Bu çalışmanın ilk aşamasında elektro-eğirme yöntemiyle polimerin %5 (w/w)'i oranında karanfil ekstraktı ve çörekotu atığı ekstraktı ilaveli pullulan ve pullulan/peynir altı suyu proteini nanolifleri farklı çalışma koşullarında (voltaj, iğne ucu-toplayıcı mesafesi, akış hızı) elde edilmiştir. Elde edilen nanoliflerin çapları 168-600 nm arasında değişmektedir. Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopi (FTIR), X-Işını Kırınımı (XRD) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) sonuçları, elde edilen nanolifler ile karanfil ekstraktı ve çörekotu atığı ekstraktı arasında uyumlu bir etkileşim olduğunu göstermiştir. Nanoliflerin fenolik madde içeriği 0,62-48,05 mg GAE/g km ve antioksidan aktivitesi (DPPH) 274-4174 µmol TE/g km arasında değişmektedir. Elde edilen nanoliflerden bazıları S. aureus, M. luteus ve C. albicans'a karşı antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında ise ilk aşamada kullanılan koşullardan dördü seçilerek polimerin %30 (w/w)'u oranında karanfil ekstraktı ve çörekotu atığı ekstraktı ilaveli pullulan ve pullulan/peynir altı suyu proteini nanolifleri elde edilmiştir. Liflerin fenolik madde içeriği 26,17-167,02 mg GAE/g km ve antioksidan aktivitesi 1905-17165 µmol TE/g km aralığında saptanmıştır. Karanfil ekstraktı içeren pullulan nanolifi S. aureus, M. luteus, E. coli, C. albicans ve A. flavus'a karşı antimikrobiyal aktivite gösterirken, aynı oranda çörekotu atığı ekstraktı içeren pullulan nanolifi S. aureus ve E. coli bakterilerine karşı antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Çalışmanın üçüncü aşamasında ise ikinci aşamada üretilen nanoliflerden kesiksiz üretilen, antibakteriyal aktivitesi, antioksidan aktivitesi yüksek olan ve homojen morfolojiye sahip olan ikisi seçilip sosis örneklerini kaplamada kullanılmıştır. Ekstrakt ilaveli nanolifler ile kaplanan sosis örneklerinin pH'si depolama boyunca kontrol grubunun pH'sine göre daha yavaş artmıştır. Ekstrakt ilaveli nanolifler ile kaplanan sosis örneklerinin L* (parlaklık) renk değerleri, kontrol grubuna göre daha yüksek bulunmuştur. Ekstrakt ilaveli nanolifler ile kaplanan sosis örneklerinin a* değeri depolama süresince azalmış fakat bu azalma kontrol grubuna göre daha yavaş gerçekleşmiştir. Karanfil ekstraktı ve çörekotu atığı ekstraktı içeren nanolifler ile kaplanan sosis örnekleri, kontrol grubuna göre TBARS değerini sırasıyla %20 ve %17 oranında, E. coli sayısını sırasıyla 1,98 ve 1,01 log düzeyinde ve L. monocytogenes sayısını ise sırasıyla 1,33 ve 0,87 log düzeyinde azaltmıştır.
Reduced graphene oxide embedded polymeric nanofibers for thermo-responsive drug delivery systems
In recent years, nanofibers have become popular in biomedical applications because of their distinctive qualities, such as the large surface area to volume ratio, porosity, and appreciable mechanical strength. Electrospinning is the most widely utilized method to manufacture nanofibers due to its straightforward setup and cost-effective production. Fabricated nanofibers can be modified with different functional groups to impart characteristic properties and enable their application. In recent years, 'click' chemistry transformations have been preferred to functionalize nanofibers. In this thesis, clickable copolymers were synthesized to generate furan functionalized polymeric nanofibers with the help of electrospinning. Morphological features of the produced nanofibers were characterized with SEM. Reduced graphene oxide (r-GO) was embedded into the nanofiber during electrospinning to provide a photothermal property to the fibrous material. Irradiation of r-GO-containing materials with near-infrared (NIR) light results in the conversion of the light into heat and increases the temperature of the surface of the fibrous substrate. Doxorubicin (DOX) was modified with a maleimide functional group to enable Diels-Alder (DA) cycloaddition between furan-functionalized nanofibers and maleimide-modified drug molecules. After successfully conjugating the drug molecule, exposing drug conjugated nanofiber to NIR light leads to retro Diels-Alder (rDA) reaction resulting in drug release thanks to rapid light-to-heat conversion