Kapiler monolitik kolon hazırlanması amacıyla formaldehit ve paraformaldehitin amin monomerler ile basamaklı polimerizyonu

Monolitler farklı kullanım alanları ve uygulamaları ile malzeme biliminin büyük bir araştırma alanıdır. Monolitler ayrıştırılmak istenen analiti seçmek için bir tür kontrollü yapıdır. Monolitler silika yada polimer gibi farklı malzemelerden yapılabilir. Polimer malzemeler geniş bir uygulama alanına sahiptir. Polimerler kimyasal özellikleri ve üretim yöntemleri sebebiyle bir çok metal ve diğer malzemenin yerini almıştır. Polimerik monolitler genelde membran yada kolon yapıdadır. Jel yapıda kullanılan monolitlerde mevcuttur. Membran tipi monolitler genelde çevre ve sağlık endüstrisi için üretilir. Membran tipi monolitlerde ayırma moleküler baskılama teknolojisi ile mümkündür. Baskılama teknolojisi istenen molekülün polimer yapısına kalıplanması gibidir. Bu teknoloji monolitler ile bir çok kimyasalın ayrılabilmesini sağlar. Önemli olan uygun monomer ile uygun kalıp molekülün eşleştirilmesidir. Bu eşlemenin uygunluğu monolitin hazırlanması esnasında ya da kullanımı esnasında ortaya çıkacaktır. Kolon tipi monolitler ayırma teknolojilerinin ana araştırma alanıdır. Kimyasal proseslerin geliştirilmesinden sonra karışımlardaki kimyasal maddelerin miktarlarının farklı yollarla analiz edilmesi istendiğinde bir ayırma işlemi gereklidir. Kromatografik analizler bu amacın ana yürütücüsüdür. Kromatografik analizler bir ayırma işlemi ile kimyasalların miktarının hesaplanması için bir dedektörün birleşimidir. Kimyasalların miktar analizi için ayırma işlemi mükemmel olmalıdır. Kolonlar farklı yapılarıyla bu analizlerin en önemli kısmıdır. Karışımın ayrılması işleminin ana görevini kolonlor gerçekleştirmektedir. Kolonlar partikül dolgulu ya da monolitik kolon olarak ikiye ayrılır. Yine kolon içi malzemenin yapısına göre de kolonları sınıflandırmak mümkündür. Kolonlar ayırma esnasında farklı sıcaklıklara da maruz kalabileceğinden dış malzemede önemlidir. Dış malzeme olarak cam, çelik yada dayanıklı polimer malzemeler kullanılmaktadır. Kullanılan bu ana ayırma aparatlarının boyutları da farklılık göstermektedir. Polimer kolonlar, polimerin kolon içinde sentezlenmesi anlamına gelen in-situ polimerizasyonu ile hazırlanır. Bu şekilde hazırlanan kolonlar monolitik yapıdadır. Monolit kavramının adının kökenine uygun olarak tek parçadan oluşan gözenekli yapıda kolonlardır bunlar. Kolonun heryerinde polimerin dağılımının uygun olmasu önemlidir. Bu sebeple kolon içi sentez öncesi hazırlıklar oldukça önemlidir. Polimerik yapı yüksek basınçlarda kolon içinde kalabilmelidir. Eşit dağılımlı bir kolon elde edebilmek için monomer ve kalıp molekül kolon içine homojen çözelti olarak aynı anda gönderilir. Kalıp molekül analiz edilmek istenen molekülün kendisi yada benzer yapılı bir molekül olmalıdır. Polimerin kolon içerisinde tutunmasının sağlanması için genellikle kolon duvarı ile bir bağ oluşturması gerekmektedir. Bunun için kolon yüzeyinin sentez öncesi aktifleştirilmesi anlamına gelen silanizasyon işlemi uygulanır. Bu işlem için kullanılan kimyasallar ve miktarları kolonun polimeri tutma verimine etki etmektedir. Aynı zamanda bu kimyasal işlem belli bir sıcaklıkta gerçekleştirilmektedir. Bu sıcaklık değeri ile bekletilme süresi de kolon yüzeyi aktifliğini etkilemektedir. Silanlanmış kolon içerisine yollanan monomer solüsyonu ile polimerizasyon sonrası yıkanır ve basınçla polimerin tutunup tutunmadığı kontrol edilir. Bunun kontrolü için mikroskobik yöntemlerde kullanılmaktadır. Sağlık alanındaki analizlerde moleküler baskılama için her zaman molekülün kendisini bulmak mümkün olmayabilir bu yüzden benzer yapılı moleküller kullanılır. Kanser diagnostiği için amaçlanan analizler şimdi yeni bir araştırma alanı olarak karşımızda. Bu analizler için fosfopeptid molekülleri en çok kullanılan kalıp moleküllerdir. Fosfopeptid baskılanmış kolonlar ile tümörün ürettiği yada tümöre karşı üretilen kimyasal yapıların miktar analizinin yapılması amaçlanmaktadır. Fosfopeptid yapısının bu kimyasallar ile benzerlik göstermesi sebebiyle moleküler baskılamada kalıp molekül olarak kullanılmaktadırlar. Baskılamada amin monomerlerinin fosfopeptid ile etkileşiminin yüksek olacağı düşüncesiyle bu çalışma için amin yapısındaki monomerler tercih edilmiştir. Seçilen amin monomerleri ile ilgili formaldehit kopolimerizasyon çalışmaları açısından literatürde sınırlı kaynak mevcuttur. Bu monomerlerin ortak özelliği yapılarındaki çift bağlı NH gruplarının bulunması. Kalıp moleküllerimiz ile bu grupaların verimli bir etkileşim yapacağı düşüncesiyle bu monomerler seçilmiştir. Amin monomerlerinin homojen ve katı madde içermeyen çözeltisinin hazırlanması ilk amaçtır. Ayrıca monomerlerin ısıl özellikleride polimerizasyon şartları açısından araştırılmalıdır. Elde edilecek monomerlerin ısıl özellikleride polimerizasyon süresi ve sıcaklığı açısından önemlidir. Homojen çözeltisi elde edilen monomerler kolon içerisine gönderilerek uygun polimerizasyon yöntemi ile hazırlanır. Gönderilen çözeltinin kolon içinde kalması elde edilecek kolonun yapısı açısından önemlidir. Kolon çapı büyüklüğüne göre kolon içini dolduracak miktarda monomer çözeltisi ile doldurmak gereklidir. Kolon dış malzemeleri amaca uygun yapıda dayanıklı malzemeden seçilir. Kolon içerisinde baskılanan polimerler HPLC ile belli konsantrasyonda baskılanmış kimyasalın analiz edilmesiyle test edilir. İleri aşamada başarılı kolonlar ile fosfopeptid içeren vücut sıvılarının analizi yapılarak en uygun kolonun elde edildiğinden emin olunabilir. Kromatografik analizlerde matrix önemli bir etkendir ve analizin verimliliğini etkilemektedir. Bu sebeple başarılı bir kolonun elde edildiğine emin olmak için matrix ile test edilmesi ve farklı konsantrasyonlar ile test edilmesi gereklidir. Elbette başarılı bir kolonun tespiti için çalışır durumda ve uygun absorbans değerlerine sahip dedektörde gereklidir. Bu çalışma kondenzasyon polimerizasyonu ile yeni bir tip fosfopeptid baskılanmış monolitik kapiler kolon hazırlanması için ön araştırmadır. Bu amaçla farklı amin monomerleri kullanılmıştır. Kullanılan amin monolerleri; biguanidin, guanidin, biuret ve biüredir. Monomer yapıları birbirine yakın olmakla beraber bu monomerlerin saf hallerinin satın alınması mümkün olmadığından fenilbiguanid, guanidin hidroclorid, guanidin karbonat şeklinde kimyasallar ile işlem gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Monomerlerin yapısındaki değişik kimyasalların polimerizasyon sonuçlarını etkileme olasılığı vardır. Bu monomerlerin formaldehit ile kopolimerizasyonuna ilişkin yeni bir çalışma mevcut olmadığından öncelikle uygun polimerizasyon koşulları belirlenmesi gereklidir. Bu koşulların tespiti karmaşık bir olaydır. Sıcaklık, süre, monomer oranları, pH değerleri, çözücü tipi ve çözücü miktarlarının polimerzasyon sonuçlarını etkilediği düşünülerek bu parametreler değiştirilerek denemeler yapılmıştır. İlk olarak sıcaklık parametresi değiştirilmiştir. Moleküler baskılamada bu çalışmada kullanılmış olan kalıp molekülün yapısı sebebiyle yüksek sıcaklıkta polimerizasyon uygun görülmemiştir. 80 oC ve 60 oC ta polimerizasyon gerçekleştirilmeye çalışılmıştır. Asit eklenmesi yada bazik ortam ayarlaması gibi parametrelerde değiştirilerek polimer elde etmeye çalışılmıştır. Polimer elde edilen monomer ve proses koşulları kullanılarak bir sonraki aşamaya geçilmiştir. Bir sonraki aşama kolon içinde sentez yani in-situ polimerizasyonudur. In-situ polimerizasyonundan önce polimerler ile en uygun polimerizasyon koşullarını bulmak için viallerde sentez gerçekleştirilmiştir. Fonksiyonal bağları incelemek için FT-IR analizleri yapılmıştır. Spektra sonuçlarında gözlenen absorbans değişimleri beklenen bağların oluştuğunu düşündürmüştür. Her monomer için farklı sıcaklıklar, farklı monomer oranları ve farklı polimerizasyon zamanları denenmiştir. Elde edilen bazı polimerler için BET yüzey alanı analizleri yapılmıştır. Yüksek formaldehit miktarı ile polimerizasyonda yüksek yüzey alanı elde etmek için 1 saatten yüksek polimerizasyon zamanı gerektiği gözlenmiştir. En yüksek BET yüzeyine sahip koşullar ile kolonların hazırlanması aşamasına geçilmiştir. In-situ polimerizasyonundan önce kolon duvarları polimerin yüksek basınçlarda içerde kalması için silanizasyon ile hazırlanmıştır. Genelde kolon silanizayonu için APTMS kullanılmaktadır. Bu çalışma için APTMS nin farklı miktarları denenmiştir. Silanizasyon sonuçlarını görmek için kolonlar HPLC pompası ile mobil faz olarak metanol geçirilerek denenmiştir. Ve en verimli silanizasyon yolları belirlenmiştir. Kolon-polimer etkileşimini görmek için kolonların SEM resimleri alınmıştır. % 50 konsantrasyonunda hazırlanmış APTMS çözeltisi kullanılarak 80 oC de yapılan silanizasyonun en başarılı yol olduğu görülmüştür. Etkili silanizasyon için APTMS den önce kolon içi yıkamada kullanılan solventler ve konsantrasyonlarının da küçük bir etkiye sahip olduğu gözlenmiştir. Kolonlar yüksek basınçlı sıvı kromatografisi için uygun bulunmuştur fakat moleküler baskılama sonuçları daha çok incelenmelidir. Bütün bu gözlemlerden görüldü ki fenilbiguanide ve paraformaldehit monolitik polimeri, polikondenzasyon ile fosofopeptid baskılı kolonlar hazırlamak için uygundur. Fakat uygun kolonu bulmak için henüz yapılması daha çok araştırma yapılması gerektiği düşünülmüştür.