Demir içeren şekil-hafıza özelliğine sahip poliüretan jellerin hazırlanması

Poliüretanlar, şekil hafıza özelliğine sahip olmalarından dolayı son yıllarda ilginin giderek arttığı akıllı malzemelerdir. Sahip oldukları mekanik, termal, manyetik ve biyouyumluluk özelliklerinden dolayı stent, implant, ilaç salınımı gibi biyomedikal alanlarda yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde, özellikle medikal alanda, polimer ve manyetik özelliğe sahip malzemeler kullanılarak hazırlanan kompozit malzemeler büyük ilgi çekmektedir. Bu kompozitler sayesinde manyetik alan altında da şekil hafıza özelliği gösterebilen polimerik malzemeler geliştirilmektedir. Bu çalışmanın amacı, medikal alanda kullanılmak üzere, manyetik alanda şekil hafıza özelliği gösteren biyouyumlu poliüretan (PU) jeller sentezlemektir. Çalışmada; poliüretan ve manyetit (Fe3O4)'ten oluşan polimerik kompozit malzemeler sentezlenmiştir. Bu kompozitlerin sentezinde, poliol olarak polietilen glikol 300 (PEG300), polietilen glikol 3000 (PEG3000) ve hint yağı (HY), zincir uzatıcı olarak 1,4-bütandiol (BDO), izosiyanat kaynağı olarak hekzametilen diizosiyanat (HDI) kullanılmıştır. HY aynı zamanda sentezde çapraz bağlayıcı görevi de görmektedir. Sentezlerde herhangi bir çözücü veya katalizör kullanılmamıştır. Sentezlenen PU filmlerin ısı etkisi haricinde manyetik alan altında da şekil hafıza özelliği gösterebilmesi için poliüretan filmlerin içerisine mikro boyutta Fe3O4 partikülleri eklenmiştir. Manyetitin, poliüretan içerisindeki miktarı ağırlıkça %0 ile %10 arasında değişmektedir. Böylelikle manyetit yüzdesinin, manyetik alan altında ve değişik sıcaklarda kompozit malzemenin şekil hafıza özelliğine etkisi araştırılmıştır. Çalışmada HY/PEG oranları sabit tutularak sadece film içerisindeki manyetit yüzdelerinin şekil hafıza performansına etkisi araştırılmıştır. Manyetit içeren PU filmlerin şekil hafıza performansları belirlenirken, oldukça basit fiziksel bir test olan bükülme testinden faydalanılmıştır. Bu test ile PU filmlerin, şekil kararlılığı ve şekil hatırlama oranları belirlenmiştir. PU filmlerin sentezinde HY/PEG oranı değiştirilmediğinden sert bölge içeriği tüm filmlerde aynıdır. PU filmlerin biyouyumlu olması sebebiyle olası biyomedikal uygulamalarda kullanabilirliğini araştırmak amacıyla, filmlerin öncelikle 40 oC'de şekil kararlılığı ve şekil hatırlama oranları incelenmiştir. Ayrıca bükülme testleri 65 oC sıcaklık ve manyetik alan altında uygulanarak sonuçlar birbiri ile kıyaslanmıştır. Manyetit partikülü içeren PU filmlerin yapısal karakterizasyonu için Fourier dönüşümlü kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi, ısıl karakterizasyonu için ise ısıl gravimetrik analiz (TGA), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ve viskoelastik özelliklerin belirlenebilmesi için dinamik mekanik analiz (DMA) cihazları kullanılmıştır. Sentezlenen PU filmlerin saf su içerisinde şişme davranışları ve Soxhlet ekstraktörü ile yüzde jel içerikleri belirlenmiştir. PU kompozit filmlerin çapraz bağ yoğunluğu ve iki çapraz bağ arasındaki ortalama molekül ağırlığı, DMA verilerinden yola çıkılarak hesaplanmıştır. Manyetit katkısının poliüretanın hidrofilik özelliğine etkisini belirlemek amacıyla, sentezlenen PU filmlerin yüzey temas açısı ölçümleri yapılmıştır. Poliüretan kompozitlerin şekil hafıza özelliğini etkileyen parametreler; sert bölge içeriği, kristalinite, camsı geçiş sıcaklığı, çapraz bağ yoğunluğu ve film içerisindeki katkı maddesi miktarıdır. Yapılan çalışmada, sert bölge içeriği sabit tutularak manyetit katkısının şekil hafıza özelliğine etkisi araştırılmıştır. PU film içerisinde değişen manyetit yüzdesi, kristalinite, camsı geçiş sıcaklığı ve çapraz bağ yoğunluğu değerlerini etkilemektedir. Bu nedenle şekil hafıza performansı katkı yüzdesi ile farklılık göstermektedir. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre; PU film içerisindeki manyetit yüzdesi arttıkça malzeme sertleştiğinden şekil kararlılığı (Rf) katkısız poliüretana göre azalmaktadır. Ancak bu özellik şekil hatırlama (Rr) oranının artmasına neden olmaktadır. Yapılan bu çalışmada, şekil hatırlama basamağı 40 ve 65oC olmak üzere iki farklı sıcaklıkta ve manyetik alan altında uygulanmıştır. Bükülme testinin ilk basamağı olan ısıtma basamağı 40 ve 65 oC'de, ikinci basamağı olan soğutma basamağı ise 4 oC'de uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre 65 oC Rf ve Rr değerleri daha yüksektir. Şekil hafıza özelliğinin tekrar kullanabilirliğini araştırmak amacı ile bükülme testi her numune için, aynı örnekte 10 defa tekrarlanmıştır ve şekil hafıza performanslarında önemli bir değişme olmamıştır. Beklendiği şekilde, manyetit yüzdesinin artması ile PU kompozitlerin yoğunlukları da artmıştır. Sentezlenen PU filmlerdeki manyetit katkısı arttıkça, filmlerin su tutma kabiliyeti zorlaşmış ve şişme oranları azalmıştır. Manyetit katkısı poliüretan filmlerin yüzey hidrofilik özelliğinin azalmasına sebep olmuştur. Çalışma sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, manyetitin de insan sağlığına herhangi bir zararı olmadığı bilindiğinden, %0-10 manyetit içeren poliüretan filmlerin şekil hafıza özelliğinden faydalanılarak vücut içi uygulamalarda kullanılabilecek biyomedikal malzemeler hazırlanabileceği sonucuna varılmıştır.