Kan filtrasyon uygulamaları için titanyum dioksit nanotüp tabanlı membran sistemlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of titanium dioxide nanotube-based membrane systems for blood filtration applications
Yazar: BOĞAÇ KILIÇARSLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CEM BAYRAM
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Anodik oksidasyon = Anodic oxidation ; Gözenekli seramik = Porous Ceramics ; Membranlar = Membranes ; Nanotüp = Nanotube ; Seramik kaplama = Ceramic coating ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Ultrafiltrasyon = Ultrafiltration

Özet:
Titanyum dioksit nanotüp yüzey dizileri, yüksek biyouyumluluk özelliklerinden dolayı ortopedik ve dental implantlarda, biyosensör ve ilaç salım sistemlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Sunulan tez çalışmasında, üç basamaklı elektrokimyasal anodik oksidasyon yöntemi ile üretilmiş ve anodizasyon sonunda uygulama potansiyelinin farklı sıcaklıklarda aniden değiştirilmesi ile yığın bütünlüğünü koruyan titanya nanotüp tabanlı membran yapıların fabrikasyonu yapılmıştır. Üretilen titanya nanotüp tabanlı membran yapıların kimyasal ve morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobisi (SEM), enerji dağılımlı x-ışını analizi (EDX), x-ışını kırınım analizi (XRD), su temas açısı (WCA), atomik kuvvet mikroskobisi (AFM) ile tayin edilmiş olup kan filtrasyon uygulamalarında giyilebilir/taşınabilir ve implante edilebilir yapay böbrekler için kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla, bu nanoyapıların üremik toksin filtrasyon performansları poli(etilen tereftalat – glikol) (PETG) malzeme ile üç boyutlu modern katmanlı imalat teknolojisi ile üretilen akış hücreleri içinde test edilmiştir. Yüzeylerinin %36'sının 50 nm yarıçaplı ve 30 µm uzunluğunda nanotüplerden oluştuğu tespit edilen 2 farklı membran yapının, çapraz akış saf su geçirim miktarları (PWF), kreatinin tasfiye ve bovin serum albümin (BSA) reddediş oranları incelenmiştir.  Dijital ve deneysel hata analizleri sonucunda uygun bulunan kan filtrasyon uygulaması dahilinde kreatinin tasfiye miktarları %95 seviyelerinde tespit edilen bu nanoseramik ultrafiltrasyon membranlarının negatif itici elektrostatik kuvvetler nedeniyle %20'ye varan BSA reddediş oranı gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
Due to high biocompatible properties, titanium dioxide nanotube surface arrays have widely been used in orthopedic and dental implants, biosensor and drug releasing systems. In the presented thesis study, titania nanotube-based membrane structures, which preserving its bulk stability, had been fabricated by three-step electrochemical anodic oxidation and sudden change in application potential at different temperatures. Availability of fabricated titania nanotube-based membrane structures at blood filtration applications were investigated for wearable/portable and implantable artificial kidneys; their chemical and morphological properties had been determined by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray analysis (EDX), x-ray diffraction analysis (XRD), water contact angle (WCA) and atomic force microscopy (AFM). In this aim, uremic toxin filtration performances of these nanostructures had been tested in  the flow cells which had been manufactured with 3D printing by modernized fused deposition modelling technology of poly(ethlyene tereftalat – gyclycol) (PETG). Two different membrane structures, which having nanotubes with 50 nm radius and 30 µm length on 36% of their surfaces, had been investigated for crossflow pure water flux (PWF), rates of creatinine clearance and bovine serum albumin (BSA) rejection. The nanoceramic ultrafiltration membranes shows 95% in creatinine clearance and 20% in BSA rejection due to negative repulsive electostatic forces in the blood filtration application which being claimed appliable as the results of digital and experimental failure analysis.