Determining the effect of roughness and crystallinity on protein adsorption for polyurethane films

İnsan sağlığının korunmasının gelecekteki gelişimi biyo uyumlu malzemelere olan ihtiyacın artmasına neden olmaktadır. Bu amaçla yapılan çalışmaların ve araştrmaların sonuçlarına bakıldığında, son zamanlarda en çok kullanılan biyomedikal malzemelerin polimerik malzemelerden elde edildiği görülmektedir. Polimerler çok geniş bir çeşitlilik aralığında sentezlenebildikleri, amaca yönelik olarak morfolojik ve yüzeysel değişikliklere yatkın oldukları ve bir takım yöntemler uygulanarak bir çok farklı özelliğe sahip olabildikleri için biyomedikal alanda kullanımları son zamanlarda artmıştır. Biyopolimerler içerisinden poliüretanlar yüksek mekanik ve fiziksel özellikleri ile sıklıkla tercih edilmektedirler. Poliüretanların kullanım alanları içerisinden protezler, implantlar ve kontrollü ilaç salınım sistemleri sayılabilir. Polimerik yüzey ile kan proteinleri arasındaki etkileşimin biyomalzeme geliştirilmesinde önemli bir yere sahip olduğu pek çok araştırmacı tarafından açıklanmıştır. Böylelike protein adsorpsiyon çalışmalarının önemi ortaya çıkmaktadır. Protein yapısının ve polimerik filmin yüzey özelliklerinin adsorpsiyona etkisinin önemi pek çok araştırmacı tarafından belirtilmiştir. Bu tez kapsamında, yüzey pürüzlülüğü ve hidrofilitenin adsorpsiyona olan etkisi incelenmiştir.Bu çalışmada altı farklı poliüretan, polietilen glikol (PEG), hint yağı (HY), hegzametilen diizosiyanat (HDI) ve 1,4-bütandiol (BDO) kullanılarak sentezlenmeştir.Sentezlenen polimerlerden üç tanesinde poliol kaynağı olarak PEG kullanılmıştır. Kütle polimerizasyonu ile sentezlenen poliüretan filmlerin kristalinite dereceleri HY/PEG ağırlık oranının (50/50, 60/40, 70/30, 100/0) değiştirilmesi ile elde edilmiştir. Diğer taraftan, kimyasal olarak eş ancak farklı pürüzlülük derecelerine sahip poliüretanlar elde etmek için tetrahidrofuran ve dimetilasetamid kullanılmıştır. Fourier transform infrared spektroskopisi ile numunelerin yapısal karakterizasyonu, ısıl ve mekanik karakterizasyon termal gravimetrik analiz, diferansiyel taramalı kalorimetre ve dinamik mekanik analiz ile gerçekleştirilmiştir. X-ışını kırılımı (XRD) yöntemi ile polimerlerin kristaliniteleri, temas açısı ölçümü ile hidrofiliteleri ve atomik kuvvet mikroskobu ile (AFM) yüzey özellikleri belirlenmiştir.Albümin-poliüretan sisteminde her bir parametrenin protein adsorpsiyon kinetiğine olan etkileri Brownian dinamiği simülasyonları kullanılarak araştırılmıştır. Brownian dinamiği kullanılarak elde edilen polimer-protein sisteminin kaba ölçekte 3 boyutlu simülasyonu, deneysel veriler ile karşılaştırılabilir sonuçlar sağlar. Bu amaç doğrultusunda, polimerik film latis yüzey şeklinde modellenmiş, protein bağlantı bölgeleri ise deneysel sonuçlar ile elde edilen veriler doğrultusunda belirlenmiştir. Deneysel çalışmada çözücü kullanılarak elde edilen pürüzlü yüzeylerin protein adsorpsiyonuna olan etkisi, polimerik filmin düz ve pürüzlü yüzey olarak modellenmesi ile araştırılmıştır. Polimerik yüzey ile etkileşime giren sığır serum albümini (BSA) tekdüze küreler ile ifade edilmiştir. Makromoleküler kalabalık etkisinin protein adsorpsiyonuna olan etkileri, farklı protein konsantrasyonları kullanılarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar ile etkili karşılaştırma yapılabilmek için sistem, gerçek molar düzeyde proteinler ile bir-mikrometre kare polimer filmin dörtte birinin etkileşimi ile modellenmiştir.Yüzey pürüzlülüğü, hidrofilite ve kristalinitenin etkileri ile protein adsorpsiyon sonuçları değerlendirildiğinde, moleküler kalabalığın (yüksek konsantrasyon) protein adsorpsiyonunu en fazla etkileyen parametre olduğu, sonrasında ise kristalinite ve pürüzlülüğün geldiği gözlemlenmiştir. Simülasyon sonuçları değerlendirildiğinde, pürüzlü yüzeylerin (yüzey alanını artması sonucu) pürüzsüz yüzeylere kıyasla da fazla protein adsorbladığı belirlenmiştri. Diğer bir deyişle, eğer yüksek yüzey alanı daha fazla kristalin bölge içerirse, yüzey üzerine daha çok protein adsorblanacaktır. Eğer yüksek yüzey alanı tam tersi şekilde daha fazla amorf bölgelerden oluşursa, buna bağlı olarak protein adsorbsiyonu azalacaktır.