Biyopolimer/salisilik asit/alg/ZnO nanotanecik katkılı çok fonksiyonlu nanolif malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu

Nano lifler birçok farklı polimerden sentezlenebilen, inorganik maddeler ile farklı fiziksel ve kimyasal özelliklerde üretilebilen, yüksek dayanıma ve esnekliğe sahip, hacimlerine oranla yüksek yüzey alanına sahip nanometre boyutunda liflerden oluşan ve birçok farklı kullanım alanına sahip malzemelerdir. Günümüzde, polimer nanolifler endüstride çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Nano liflerin biyomedikal ve kozmetik alanlarında kullanımlarına yönelik çalışmalar son yıllarda büyük artış göstermiştir. Çok çeşitli doğal polimerler, sentetik polimerler ve bunların kombinasyonları tıbbi ve biyolojik uygulamalarda sıklıkla kullanılır. Son zamanlarda jelatin, kollajen ve ipek fibroin gibi doğal polimerlerin ve poliglikolik asit (PGA), poli (L-laktid) (PLA), poli (laktid-ko-glikolid) (PLGA) ve poli (ε-Kaprolakton) (PCL) gibi sentetik polimerlerin elektrospinning yöntemi ile nanolif üretiminde kullanımı artış göstermiştir. Bunların yanı sıra PCL/Jelatin ve PLGA/Kolajen gibi doğal ve sentetik polimerlerin kombinasyonları da elektrospinning yöntemi ile nano lif üretiminde kullanılmaktadır. Nano lif üretiminde birçok farklı polimer ve inorganik katkı maddeleri kullanılabildiği halde, doğal polimerlerden olan jelatin, biyouyumluluk özelliği ve doğada kolay çözünebilmesi ile yaygın olarak tercih edilmektedir. Aynı şekilde PCL de sentetik, biyouyumlu ve biyobozunur bir polimerdir. Jelatin/PCL kompozit nanoliflerin tek başına jelatin ya da tek başına PCL nanoliflerden daha iyi mekanik ve karakteristik özellikler gösterdiği görülmüştür. Ayrıca lif çapı ve gözenekliliğini koruduğundan Jelatin/PCL kompozit nanoliflerin çapraz bağlanmasına gerek yoktur. Çinko oksit (ZnO) de antibakteriyel olması ve yara iyileştirici özelliğinden dolayı biyomedikal ve kozmetik uygulamalarda kullanılan nanoliflerin üretiminde kullanılan bir metal oksittir. Çinko oksit; antibakteriyel, yara iyileştirici, kızarıklık giderici, iltihap önleyici vb. özellikleri sebebiyle akne problemine karşı kozmetik sektöründe kullanılan yüz maskelerinde kullanılma potansiyeline sahiptir. Ancak çinko oksit akne problemini tedavi etmekten çok önlemek için kullanılır. Bu sebeple salisilik asit gibi tedavi edici malzemelerle birlikte kullanılması gerekir. Salisilik asit, ciltteki tıkalı gözenekleri açma ve yağları parçalama özellikleri sebebiyle akne tedavisinde sıklıkla kullanılan tek beta-hidroksi asittir. Salisilik asit cildi temizleyip iltihabı yatıştırırken ciltte kuruluğa sebep olabilir. Akne tedavisinde salisilik asit içeren ürünler kullanılırken yanında cildi nemlendirecek malzemelerin de kullanılması faydalıdır. Mikroalgler, kozmetik sektöründe cildin nemlendirilmesi, cansız ve mat görünümünün giderilmesi gibi amaçlarla son yıllarda sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. İçeriğindeki E vitamini cildin nemlenmesine, B ve C vitaminleri mat ve cansız görünen cildin canlandırılmasına yardımcı olur. Ayrıca yapısındaki proteinler, yağlar, omega, magnezyum ve çinko sayesinde cildi yaşlanmaya karşı korur. Bu çalışmada, insan cildinde oluşmuş aknelerin yayılmasının engellemesine ve bu aknelerin iyileştirilmesine yönelik nanolif üretimi hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda, öncelikle çinko oksit nano parçacıkları (ZnO-NP) mikrodalga ışınım yöntemiyle sentezlenmiştir. Sentezlenen çinko oksit nano parçacıklar elektrospinning yöntemi ile Jelatin/Salisilik Asit/ZnO-NP nanolif üretiminde kullanılmıştır. Çinko oksit nano parçacıkların lif çapı ve yüzey yapısı üzerindeki etkilerinin incelenmesi için farklı konsantrasyonlarda (%5, 10 ve 15) ZnO-NP içeren Jelatin/Salisilik Asit/ZnO-NP nano lifleri hazırlanmıştır. Kontrol ve karşılaştırma amaçlı çinko oksit içermeyen Jelatin/Salisilik Asit nano lifi de elektrospinning yöntemi ile üretilmiştir. Yüzey yapılarının ve lif çaplarının karşılaştırmalı olarak incelenmesi için taramalı electron mikroskopu (SEM) kullanılmıştır. Hazırlanan nano liflerin ZnO-NP içeriği Enerji yayılımlı X-Işını Analizi (EDX) ile belirlenmiştir. Hazırlanan nanoliflerin kimyasal yapıları Fourier dönüşümlü infrared spektroskopisi (FTIR) analizi ile incelenmiştir. Ayrıca hazırlanan nano liflerin Escherichia coli'ye karşı antimikrobiyal testleri yapılmıştır. Daha sonra Phaeodactylum tricornutum mikroalgi içeren Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nanolif üretimi elektrospinning yöntemiyle yapılmıştır. Bunun için öncelikle Phaeodactylum tricornutum alg kültürleri hazırlamıştır ve ardından yetiştirilen alglerden kuru alg biyokütlesi elde edilmiştir. Farklı mikroalg konsantrasyonlarının nanolif üretimine ve yapısına etkisi incelenmek istenmiştir. Bu amaçla farklı konsantrasyonlarda (%0.5 ve 1) alg içeren Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano lif üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen nano liflerin yüzey görüntüleri ve lif çapları SEM analizi ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Hazırlanan nanoliflerin kimyasal yapıları FTIR analizi ile incelenmiştir. Analiz sonuçları mikroalg içermeyen Jelatin/Salisilik Asit kontrol nano lifi ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca hazırlanan Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano liflerinin Escherichia coli'ye karşı antimikrobiyal testleri yapılmıştır. SEM analizi ile elde edilen sonuçlara göre, Jelatin/Salisilik Asit/ZnO-NP ve Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano liflerinin homojen ve düzgün dağılımlı olduğu görülmüştür. Liflerde boncuklu yapıya (bead) rastlanmamıştır. Jelatin/Salisilik Asit/ZnO-NP nano liflerinde çinko yüzdesi arttıkça lif çaplarının da arttığı görülmüştür. Üretilen nano liflerden %5 ZnO içeren Jel./SA/5 ZnO nano lifine EDX analizi yapılmış ve içeriğindeki ZnO varlığı kanıtlanmıştır. Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano liflerinde ise mikroalg konsantrasyonu arttıkça nano lif çapının azaldığı görülmüştür. Ancak her iki mikroalg konsantrasyonundaki Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano liflerinin, lif çaplarının Jelatin/Salisilik Asit kontrol nano lifinden yüksek olduğu görülmüştür. Escherichia coli'ye karşı yapılan antimikrobiyal testlerin sonucuna göre; Jelatin/Salisilik Asit/Mikroalg nano liflerinin her iki mikroalg konsantrasyonunda da antimikrobiyal özellik gösterdiği görülmüştür. Jelatin/Salisilik Asit/ZnO-NP nano liflerinin ise %5 ZnO-NP konsantrasyonunda antimikrobiyal özellik göstermediği, ancak %10 ve 15 ZnO-NP konsantrasyonlarında antimikrobiyal özellik gösterdiği görülmüştür. Hazırlanan nano lifler besi ortamında eriyip gözden kaybolmuştur ancak bu durum test sonuçlarını etkilememiştir. Hazırlanan nano liflere ZnO ve SA salınımı testleri yapılmak istendiğinde nanoliflerin sulu ortamda eriyerek gözden kaybolduğu görülmüştür. Bu nedenle Jelatin temelli hazırlanan bu nano lifler çapraz bağlanmak istenmiştir. Ancak gluteraldehit buharında çapraz bağlanmak istenen nano liflerin yine çok kısa bir zaman içinde bozunup, küçüldüğü gözlenmiştir. Geliştirilmeye çalışılan nanofiberin çok kullanımlı olması amaçlandığı için çapraz bağlamaya gerek olmadan Poli kaprolakton/Jelatin kompozit nano lifleri üretilmeye başlanmıştır. Yapılan literatür araştırmalarına göre de Poli kaprolakton (PCL)/Jelatin kompozit nano liflerinin ayrı ayrı Jelatin ve PCL nano liflerine göre daha gelişmiş özellikler gösterdiği anlaşılmıştır. Üretilecek Jel./PCL nano lifleri için önceden hazırlanan Jel./SA/ZnO ve Jel./SA/Mikroalg nano liflerinin analiz sonuçlarından faydalanılmıştır. Hazırlanacak nano lifler için %10 ZnO ve %1 Mikroalg konsantrasyonu seçilmiş ve öncelikle kontrol ve karşılaştırma amaçlı Jel./PCL/SA nano lifi elektrospinning yöntemiyle üretilmiştir. Ardından %10 ZnO-NP içeren Jel./PCL/SA/10 ZnO nano lifi, %1 Phaeodactylum tricornutum mikroalgi içeren Jel./PCL/SA/1 Alg nano lifi ve son olarak hem %10 ZnO-NP hem de %1 P. tricornutum mikroalgi içeren Jel./PCL/SA/10 ZnO/1 Alg nano lifi elektrospinnig yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen nano liflerin morfolojik yapıları ve lif çapları SEM analizi ile incelenmiştir. ZnO-NP içeren nanoliflerdeki çinko iyonu varlığı X-ışını Kırınımı (XRD) analizi ile belirlenmiştir. Üretilen nano liflerin kimyasal yapıları FTIR analizi ile incelenmiştir. Antimikrobiyal testleri Escherichia coli ve Staphylococcus aureus bakterilene karşı yapılmıştır. Bunlara ek olarak çinko iyonu salınımı ve salisilik asit salınımı testleri yapılmıştır. Son olarak da üretilen nano liflerin su absorpsiyonu ve ağırlık kaybı değerleri hesaplanarak biyo bozunurluk testi yapılmıştır. SEM analizi sonuçlarına göre üretilen nano liflerin boncuklu yapı içermediği görülmüştür. Yüzey yapılarının düzgün ve homojen dağılımlı olduğu görülmüştür. Üretilen nano liflerin SEM analizleri Jel./PCL/SA kontrol nano lifi ile ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. En düşük lif çapına sahip olan nano lifin Jel./PCL/SA/10 ZnO nano lifi olduğu görülmüştür. X-ışını kırınımı analizi (XRD) ile Jel./PCL/SA/10 ZnO ve Jel./PCL/SA/10 ZnO/1 Alg nano liflerinde çinko iyonu varlığı ispatlanmıştır. Elde edilen antimikrobiyal test sonuçlarına göre Jelatin/PCL nanoliflerinin E. Coli'ye ve S. Aureus'a karşı çok fazla antimikrobiyal özellik göstermediği görülmüştür. Jel./PCL/SA kontrol numunesinde her iki bakteriye karşı da antimikrobiyal etki görülmemiştir. E. Coli'ye karşı yapılan test sonucunda %10 ZnO içeren Jel./PCL/SA/10 ZnO nano lifinin inhibasyon çapı ölçülmüş ve ortalama 1.63 olarak bulunmuştur. Bu durumda Jel./PCL/SA/10 ZnO nanolifinin E. Coli'ye karşı az da olsa antimikrobiyal özelliğe sahip olduğu düşünülebilir. S. Aureus'a karşı yapılan test sonucunda ise sadece hem alg hem de çinko oksit içeren Jel./PCL/SA/10 ZnO/1 Alg nano lifinin 1.65 inhibisyon çapı oranıyla az miktarda antimikrobiyal etki gösterdiği görülmüştür. Yapılan salınım testi sonuçlarına göre ise Jel./PCL nano liflerinin çinko oksit ve salisilik asiti kontrollü bir şekilde saldığı gözlenmiştir. Salınım testi sonrası 7 gün boyunca sulu ortamda beklemiş nano liflerin su absorpsiyon ve ağırlı kaybı değerleri hesaplanarak biyobozunurlukları incelenmiştir. Nano liflerin su absorpsiyon kapasitelerinin oldukça yüksek olduğu (ortalama %188 civarında) görülmüştür. Ağırlık kaybı değerlerinin de ortalama %36 civarında olduğu görülmüştür. Bütün üretimler ve analizler sonucunda elde edilen verilere göre, Jel./SA ve Jel/PCL/SA nano liflerinin akne problemine karşı tedavi amaçlı yüz maskesi olarak kullanıma uygun olduğu anlaşılmıştır. Jel./SA nano liflerinin sulu ortamda eriyip gitmesi sebebiyle tek kullanımlık olarak düşünülmesi daha faydalı olacaktır. Jel./PCL/SA nano liflerinin ise birden fazla kullanıma uygun olduğu söylenebilir.