Karbon katkılı polivinil alkol kompozit hidrojellerin sentezi ve kontrollü ilaç salım uygulamasında kullanılabilirliğinin araştırılması
Synthesis of carbon-based polyvinyl alcohol composite hydrogels and investigation of it's usability in controlled drug release application
Yazar: ZEYNEP KANAT
Danışman: DOÇ. DR. NİHAN KAYA ; DOÇ. DR. FİLİZ BORAN
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, karbon katkısı olarak ticari aktif karbon (TAC) ve çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) kullanılarak karbon katkılı polivinil alkol (PVA) kompozit hidrojel filmleri uygun biyouyumlu dağıtıcı varlığında sentezlenmiş ve ilaç salım uygulamalarında kullanılabilirliği araştırılmıştır. İlk olarak karbon katkıları, farklı yüzey özelliklerine sahip malzemeler elde etmek için yüksek sıcaklıkta termal stres ile modifiye edilmiştir. Modifikasyon sonrası TAC ile %45,9±12,2 oranında yüksek üretim verimi elde edilirken, MWCNT ile %14,6±7,3 oranında düşük bir üretim verimine ulaşılmıştır. Modifiye edilen karbon katkıları, Brunauer–Emmett–Teller (BET) yüzey alanı, X-ışını kırınımı (XRD), Enerji Dağılım X-Işınları Spektrometresi (SEM-EDS) ve Fouirer Dönüşümü Kızılötesi Spektrofotometresi (FTIR) analizleri ile karakterize edilmiştir. Sonuçlar, yüksek sıcaklıkta termal stres işleminin karbon katkılarının BET yüzey alanını arttırmasının yanısıra gözenekliliğini etkileyerek toplam gözenek hacminde bir artmaya neden olduğunu göstermiştir.
Çalışmanın devamında, karbon katkılı PVA kompozit hidrojel filmlerin F/T tekniği ile hazırlanması üzerine, dimetil sülfoksit (DMSO) ve sodyum dodesil sülfat (SDS) gibi biyouyumlu dağıtıcıların kullanımının etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, DMSO ve SDS biyouyumlu dağıtıcılar sentez ortamına eklenerek, F/T tekniği yardımıyla karbon katkılı kompozit hidrojel filmleri hazırlanmıştır. Filmlerin şişme davranışları, su tutma kapasiteleri, kalınlıkları, doğrudan ve dolaylı enerji bant aralıkları belirlenmiştir. Bu sonuçlara göre, F/T tekniği ile karbon katkılı PVA kompozit hidrojel filmlerin hazırlanmasında SDS kullanımının filmlerde karbon katkısının aglomerasyona uğrayarak toplanmasını önlediği tespit edilmiştir. 25 mg TAC/Mod.TAC ve 50 mg MWCNT/Mod.MWCNT içeren PVA kompozit hidrojel filmlerin, polimerik kompozit matris boyunca karbon katkılarının homojen dağılımı ile daha iyi morfolojik özelliklere sahip ilaç salım çalışmaları için en uygun hidrojeller olduğu belirlenmiştir. Bu hidrojeller kullanılarak, model ilaç olarak salisilik asit (SA) salınımı araştırılmıştır. Higuchi salınım kinetik modeli, karbon katkılı PVA kompozit hidrojel filmlerin SA'nın salım mekanizmasını belirlemek için iyi uyum sağlamıştır.

Abstract:
In this study, carbon doped polyvinyl alcohol (PVA) composite hydrogel films using commercial activated carbon (TAC) and multi-walled carbon nanotube (MWCNT) as carbon additives were synthesised in the presence of suitable biocompatible dispersant and their usability in drug delivery applications was investigated. Firstly, carbon additives were modified by thermal stress at high temperature to obtain materials with different surface properties. After modification, a high production yield of 45.9±12.2% was obtained with TAC, while a low production yield of 14.6±7.3% was achieved with MWCNT. The modified carbon additives were characterised by Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area, X-ray diffraction (XRD), Energy Dispersive X-Ray Spectrometry (SEM-EDS) and Fouirer Transform Infrared Spectrophotometry (FTIR) analysis. The results showed that the high temperature thermal stress treatment increased the BET surface area of the carbon additives as well as affecting the porosity, resulting in an increase in the total pore volume.
In the continuation of the study, the effect of the use of biocompatible dispersants such as dimethyl sulphoxide (DMSO) and sodium dodecyl sulphate (SDS) on the preparation of carbon doped PVA composite hydrogel films by F/T technique was investigated. For this purpose, DMSO and SDS biocompatible dispersants were added to the synthesis medium and carbon doped composite hydrogel films were prepared by F/T technique. The swelling behaviour, water retention capacity, thickness, direct and indirect energy band gaps of the films were determined. According to these results, it was determined that the use of SDS in the preparation of carbon doped PVA composite hydrogel films by F/T technique prevents agglomeration of carbon dopant in the films. PVA composite hydrogel films containing 25 mg TAC/Mod.TAC and 50 mg MWCNT/Mod.MWCNT were found to be the most suitable hydrogels for drug release studies with better morphological properties with homogeneous distribution of carbon additives throughout the polymeric composite matrix. Salicylic acid (SA) release was investigated as a model drug. The Higuchi release kinetic model was well fitted to determine the release mechanism of SA from carbon doped PVA composite hydrogel films.