Effect of soft segment structure and hard segment content on the surface and bulk properties of segmented polyurethaneureas

Çok kısımlı termoplastik poliüretanlar, poliüreler ve poli(üretanüre)ler (TPU) yığın ve yüzey özelliklerinin ilginç kombinasyonu sayesinde bir çok sektörde geniş uygulama alanları bulurlar. Biyomedikal alanı, termoplastik poli(üretanüre)lerin son zamanlarda özellikle kan temas uygulamaları için kullanılmaktadır. TPU'ların biyomedikal malzeme olarak geniş kullanım bulmalarının nedeni, kan ve doku uyumunu sağlayacak yığın ve yüzey özelliklerini elde edebilmek adına kontrollü bir şekilde tasarlanabilir ve sentezlenebilir olmalarıdır. [1] Bu çalışmanın ana amacı biyomedikal uygulamalar için tasarlayıp sentezlediğimiz TPU'larda (i) yumuşak kısım yapısının, (ii) yumuşak kısım moleküler ağırlığının ve (iii) sert kısım miktarının bu kopolimerlerin morfoloji, yığın ve yüzey özelliklerine yaptığı etkileri araştırmaktır. Buna ek olarak, kopolimerlerin yüzey enerjileri ile üzerlerinde büyüyen biyofilmlere karşı olan dirençleri arasındaki ilişkiyi araştırmaktır. Bu amaçla bu tez çalışmasında genel olarak iki aşamalı bir sentez yöntemi (prepolimer yöntemi) kullanılarak beş farklı yumuşak kısımdan oluşan çok sayıda termoplastik poli(üretanüre), poliüretan ve poliüre kopolimerleri sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Sert kısımlar, halkalı alifatik bis(4-izosiyanatosiklohekzil)metan (HMDI) ve zincir uzatıcı olarak 2-metil-1,5-diaminopentan (MDAP) veya 1,4-bütandiol (BD) kullanılarak oluşturulmuştur. Yumuşak kısımlar ise polietilen glikol (PEO), polipropilen glikol (PPO), politetrametilen glikol (PTMO), aminopropil veya hidroksialkil uçlu polidimetilsiloksan (PDMS) ve hidroksil uçlu poliflorüreter (PFE) (E10-H®) oligomerleri kullanılarak oluşturulmuştur. Birkaç istisna dışında, sert kısımlar ağırlıkça %20 ve %30 olarak sabit tutulmuştur. Yumuşak kısımların moleküler ağırlıklarının polimer üzerindeki etkisini araştırmak için sentez esnasında ortalama molekül ağırlıkları 1.000 ve 2.000 g/mol olan oligomerler kullanılmıştır. Yığın ve yüzey özelliklerini belirlemek amacıyla bütün kopolimerler FTIR (Fourier Transform Kızılötesi Spektroskopisi), DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetri), SAXS (Düşük açılı X-Işınları Saçılımı), AFM (Atomik Kuvvet Mikroskopisi), XPS (X-Işınları Fotoelektron Spektroskopisi), çekme-kopma deneyleri ve suyun polimer yüzeyi ile yaptığı kontak açısı ölçümleri ile karakterize edilmişlerdir. Yüzey enerjilerinde farklılık gösteren polimerler seçilmiş ve üzerlerinde biyofilm oluşum testleri yapılmıştır. Yüzey özelliklerinin farklılık göstermelerine rağmen bütün polimerde yoğun oranda biyofilm oluşması gözlemlenmiştir. Karakterizasyon sonuçları, polieter bazlı polimerlerde ve özellikle de PEO bazlı polimerlerde, PDMS ve PFE bazlı kopolimerlerle karşılaştırıldıkları zaman, zayıf oranda mikrofaz ayrımı olduğunu gösterdi. Bu çalışmada kullanılan polieterlerin çözünürlük parametrelerinin yüksek olmalarından ve PDMS ve PFE'lerden farklı olarak eter gruplarının üretan ve üre grupları ile hidrojen bağı yapabilmelerinden ötürü bu beklenen bir sonuçtu. Kontak açısı ölçümleri, yumuşak kısmın kimyasal farklılığına ve ortalama molekül ağırlıklarına bağlı olarak polimerlerin yüzey özelliklerinin oldukça farklı gösterdiğini kanıtlamıştır. XPS çalışmaları ise yumuşak kısımların genel olarak yüzeyde toplandığını ve çözünürlük parametrelerine göre kopolimer yüzeylerine hidrofobik veya hidrofilik özellik verdiğini göstermiştir. Yüzeydeki enerji farklılıklarının kopolimer yüzeyindeki biyofilm oluşma derecesini etkilemediği gözlemlenmiştir. Literatürde bakterilerin yüzeye tutunma mekanizmaları hakkında bir çok alternatif bulunmaktadır [2]. Bazı çalışmalar bakterilerin hidrofilik yüzeylere daha rahat tutunduklarını gösterirken [3], bazı çalışmalar ise bakterilerin hidrofobik yüzeylere daha rahat tutunduklarını göstermektedir [2]. Ayrıca her bakteri türünün yüzeye tutunma mekanizmasının farklı olması da, bu konsepti açıklamayı daha karmaşık hale getirir. [4] Bu çalışmamız literatüre bu konuda bir katkı sağlayacak niteliktedir ve Staphylococcus aureus 700698 bakteri türünün yüzeye tutunma mekanizmasının yüzeyin hidrofobik ya da hidrofilik olmasına göre değişim göstermediğini önerir.