Fonksiyonel pet nano fiberlerin üretilmesi ve yara örtüsü olarak kullanmak üzere modifiye edilmiş pet fiberlere protein kaplı gümüş nanoparçacıkların adsorpsiyonu
Production of functional pet nanofibers and adsorption of protein coated silver nanoparticles on modified pet fibrous for use as wound dressing material
Yazar: ZEHRA GÜN GÖK
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM VARGEL ; PROF. DR. MUSTAFA YİĞİTOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Aşı kopolimerleri = Graft copolymers ; Hibrit malzemeler = Hybride materials ; Nanobiyoteknoloji = Nanobiotechnology ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Bu çalışmada, serisin kaplı gümüş nanopartiküller (S-AgNPs) poli(etilen tereftalat)-g-poli(hidroksietilmetakrilat) (PET-g-HEMA) nanolifleri üzerine adsorbe edilmiş ve elde edilen materyalin yara örtüsü olarak kullanımı araştırılmıştır. Öncelikle, serisini indirgeme ajanı olarak kullanarak farklı derişimlerde S-AgNPs'ler sentezlenmiş ve UV-Vis spektrofotometre kullanılarak 420 nm'de gözlemlenen yüzey plazmon pikleri ile S-AgNPs oluşumu kanıtlanmıştır. S-AgNPs'lerin zeta potansiyelleri Zeta-Sizer, kimyasal yapıları fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve morfolojileri geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile incelenmiştir. Yara örtüsü eldesi için, öncelikle PET lifleri başlatıcı olarak benzoil peroksit kullanılarak HEMA ile aşılanmıştır. Farklı HEMA aşılama oranlarına (%20, 55, 110, 175) sahip kopolimerler taramalı elektron mikroskobu (SEM), FTIR ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (1H-NMR ve 13C-NMR) analizleri ile karakterize edilmiş ve HEMA'nın yapıya eklenmesi ile liflerde meydana gelen morfolojik ve kimyasal değişimler gösterilmiştir. Elektroeğirme işleminde, polimer derişimi %20 (trifloro asetik asit içerisinde, ağırlık/hacim), uygulanan voltaj 12 kV, polimer çözeltisinin akış hızı 5 µL/dk ve iğne ucu ile toplayıcı arasındaki mesafe 12 cm olduğunda, orijinal PET, %20 ve %55 aşılama yüzdesine sahip PET-g-HEMA polimerlerinden sürekli, pürüzsüz,  boncuksuz ve ortalama çapı 1000 nm'nin altında nanolifler toplanmıştır. Tez çalışması kapsamında, yara örtüsü olarak kullanılmak üzere, %55 aşılama yüzdesine sahip PET-g-HEMA kopolimerinden elde edilen nanolif membranlar seçilmiş membranların yüzeyine negatif yüklü S-AgNPs'ler adsorbe edilmiştir. Modifiye edilen membranlar SEM, UV-Vis, X-Işını floresans spektrometresi (XRF), elementel analiz, temas açı, mekanik, termal, antibakteriyel ve sitotoksite analizleri incelenmiştir. Antibakteriyel aktivite testleri için Staphylococcus aureus (ATCC 6538) ve Escherichia coli (ATCC 25922) bakterileri kullanılarak disk difüzyon testi ve sıvı kültür testleri yapılmış ve orijinal nanolif yüzeylerin antimikrobiyal etkiye sahip olmadığı, ancak S-AgNPs ile modifiye edilen nanoliflerin antimikrobiyal etkiye sahip olduğu görülmüştür. Biyouyumluluk testleri için ise L929 fibroblast hücre hatları kullanılarak metiltiazol difenil tetrazolyum (MTT) testi yapılmış ve modifiye edilen materyal ekstraktı ile inkübe edilen hücrelerin canlılık oranlarının 1 ve 3 günlük inkübasyonlar sonunda %70'in altına inmediği görülmüştür. 
In vivo çalışmalarda, Sprague-Dawley cinsi sıçanlarda oluşturulan derin yanık yaraları S-AgNPs'lerin adsorbe edildiği PET-g-HEMA nanolifler ile kapatılmış ve belirlenen günlerde yara küçülmeleri hesaplanarak makroskobik değerlendirmeler yapılmıştır. Bu değerlendirmelere göre, kontrol grupları ile karşılaştırıldığı zaman, S-AgNPs ile kaplı membranların uygulandığı yaraların daha hızlı kapandığı görülmüştür. Ayrıca, yara alanlarından alınan doku örneklerine ait kesitler, histolojik değerlendirmeye tabi tutulmuş ve böylece, nanolifli yüzeyin epitelizasyon üzerindeki etkisi de incelenmiştir.

Abstract:
In this study, silver nanoparticles (S-AgNPs) coated with sericin were adsorbed on poly (ethylene terephthalate)-g-poly(hydroxyethylmethacrylate) (PET-g-HEMA) nanofibres and the use of the obtained material as wound dressing was investigated. Firstly, S-AgNPs at different concentrations were synthesized using silk sericin as a reducing agent, and the formation of S-AgNPs was proved with surface plasmon peaks observed at 420 nm using a UV-Vis spectrophotometer. The zeta potentials of S-AgNPs were investigated by Zeta-Sizer, their chemical structures were analyzed with fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and morphologies were examined with transmission electron microscope (TEM). Subsequently, PET fibers were grafted with HEMA using benzoyl peroxide as the initiator. Copolymers with different HEMA grafting yield (20, 55, 110, 175%) were characterized by scanning electron microscopy (SEM), FTIR and nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR and 13C-NMR) analysis and with the addition of HEMA to the structure, morphological and chemical changes in the fibers have been shown. In the electrospinning process, when the polymer concentration was 20% (in trifluoroacetic acid, w/v), the applied voltage was 12 kV, the flow rate of the polymer solution was 5 µL/min and the distance between the needle tip and the collector was 12 cm, continuous, smooth, bead-free nanofibers with diameter below 1000 nm were obtained from the original PET and PET-g-HEMA copolymers having 20 and 55% grafting yield. To be used as dressing, nanofiber membranes obtained from PET-g-HEMA copolymer with 55% grafting yield were selected and negatively S-AgNPs were adsorbed on the surface of the membranes. Modified membranes have been examined by SEM, UV-Vis, X-Ray fluorescence spectrometry (XRF), elemental, contact angle, mechanical, thermal, antibacterial and cytotoxicity analyzes. SEM, UV-Vis, contact angle, mechanical, thermal, antibacterial and cytotoxicity analyzes of the modified membranes have been examined. For antibacterial activity tests, disc diffusion test and liquid culture tests were performed using Staphylococcus aureus (ATCC 6538) and Escherichia coli (ATCC 25922) bacteria, it was found that the original nanofiber surfaces did not have antimicrobial effect, but the nanofibers modified with S-AgNPs had antimicrobial effect. For biocompatibility tests, methylthiazole diphenyl tetrazolium (MTT) test was performed using L929 fibroblast cell lines and it was observed that the viability rates of the cells incubated with the modified material extract did not decrease below 70% after 1 and 3 days incubation.
In in vivo studies, deep burn wounds created in Sprague-Dawley rats were closed with PET-g-HEMA nanofibers and macroscopic evaluations were made on determined days by calculating wound shrinkage. According to these evaluations, when compared with the control group (covered only with gauze), it was observed that the wounds that were covered with S-AgNPs closed faster. In addition, sections of tissue samples taken from wound areas were subjected to histological evaluation and thus, the effect of the nanofiber surface on epithelization was also examined.